鈣鈦礦太陽能電池結構

有機金屬鹵化物鈣鈦礦結構太陽能電池是一種以全固態鈣鈦礦結構作為吸光材料的太陽能電池。這(zhe)種(zhong)材料制(zhi)備工藝(yi)簡單，成本較低。鈣鈦礦材料的結構通式為(wei)ABX3，其中(zhong)(zhong)A為(wei)有(you)機陽離(li)子，B為(wei)金屬(shu)離(li)子，X為(wei)鹵(lu)素基團。該結構中(zhong)(zhong)，金屬(shu)B原子位于(yu)立方晶胞體心處(chu)，鹵(lu)素X原子位于(yu)立方體面心，有(you)機陽離(li)子A位于(yu)立方體頂點位置。相(xiang)比于(yu)以共(gong)棱、共(gong)面形式連接的結構，鈣鈦礦結構更加(jia)穩(wen)定，有(you)利于(yu)缺陷的擴散遷移.

在用(yong)于(yu)高(gao)效(xiao)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)結(jie)(jie)構中(zhong)，A位(wei)通(tong)常(chang)為(wei)HC（NH2）2+（簡稱(cheng)FA+）或者CH3NH3+（簡稱(cheng)MA+）等有機陽(yang)(yang)離(li)(li)子(zi)，其主要作(zuo)用(yong)是在晶格中(zhong)維持(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)平衡，但(dan)(dan)A離(li)(li)子(zi)的(de)尺寸大小可以(yi)改變能(neng)隙的(de)大小。當(dang)A離(li)(li)子(zi)半徑(jing)增大，點陣擴張，導致能(neng)隙相應(ying)變小，吸收邊發生紅(hong)(hong)移(yi)，從而獲得更(geng)大的(de)短路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流和(he)16%左右的(de)高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)。金屬(shu)離(li)(li)子(zi)B通(tong)常(chang)為(wei)Pb離(li)(li)子(zi)，Pb具有良好的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)，但(dan)(dan)由于(yu)有毒性(xing)(xing)(xing)，因(yin)此也常(chang)被Ge，Sn，Ti替(ti)代。以(yi)Sn為(wei)例，Sn-X-Sn鍵角大于(yu)Pb，能(neng)隙更(geng)窄(zhai)，ASnX3表現出(chu)很(hen)高(gao)的(de)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓和(he)良好的(de)光(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)(xing)，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓損(sun)失很(hen)小。但(dan)(dan)在同(tong)一族元素(su)中(zhong)，原子(zi)序數越(yue)小，元素(su)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)越(yue)差。為(wei)了(le)解決穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)問題，將Pb與Sn按一定(ding)比例結(jie)(jie)合，降低Sn帶來的(de)不(bu)(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)，同(tong)時又(you)獲得較高(gao)的(de)轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)。鹵素(su)基(ji)(ji)團X通(tong)常(chang)為(wei)碘、溴(xiu)和(he)氯.其中(zhong)帶有碘基(ji)(ji)團的(de)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池在力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)上（如彈性(xing)(xing)(xing)、強度(du)等）不(bu)(bu)如帶有溴(xiu)基(ji)(ji)團的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)吸收光(guang)(guang)譜由Cl至I依(yi)次拓寬，能(neng)隙的(de)紅(hong)(hong)移(yi)也逐次增加。這(zhe)是由于(yu)隨著原子(zi)量的(de)升(sheng)高(gao)，元素(su)電(dian)(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)變弱(ruo)，與金屬(shu)離(li)(li)子(zi)B成鍵中(zhong)的(de)共價作(zuo)用(yong)增強。ABX3型的(de)有機-無機鹵化物在不(bu)(bu)同(tong)溫(wen)度(du)下(xia)具有不(bu)(bu)同(tong)的(de)結(jie)(jie)構。

鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能電池的基本(ben)構造通常為襯(chen)底材(cai)料(liao)/導電玻璃（鍍有(you)氧(yang)化物層(ceng)的基片(pian)玻璃）/電子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)（二氧(yang)化鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦吸收層(ceng)（空穴傳(chuan)輸(shu)層(ceng)）/金屬陰極。

（a）介觀結構(gou)鈣鈦礦太陽能電池；

（b）平面異質結(jie)結(jie)構鈣(gai)鈦礦太陽能電池。

入射光透過玻璃入射以后，能量大于禁帶寬度的光子被吸收，產生激子，隨后激子在鈣鈦礦吸收層分離，變為空穴和電子并分別注入傳輸材料中.其中空穴注入是從鈣鈦礦材料進入到空穴傳輸材料中，電子注入是從鈣鈦礦材料進入到電子傳輸材料（通常為二氧化鈦薄膜）中。基于此，鈣鈦礦有兩類結構：介觀結構和平面異質結結構.介觀結構鈣鈦礦太陽能電池是基于染料敏化太陽能電池（DSSCs）發展起來的，和DSSCs的結構相似：鈣鈦礦結構納米晶附著在介孔結構的氧化物（如TiO2）骨架材料上，空穴傳輸材料沉積在其表面，三者共同作為空穴傳輸層。在這種結構中，介孔氧化物（TiO2）既是骨架材料，也能起到傳輸電子的作用。平面異質結結構將鈣鈦礦結構材料分離出來，夾在空穴傳輸材料和電子傳輸材料中間。激子在夾芯的鈣鈦礦材(cai)料中分(fen)離，這種(zhong)材(cai)料可同時傳(chuan)輸空穴和(he)電(dian)子。

鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦結構(gou)材料的(de)晶(jing)體學取(qu)向也會影響電(dian)(dian)池(chi)效(xiao)率。Docampo等研究發現(xian)，當(dang)提高溶液的(de)浸(jin)泡溫度(du)，或者在CH3NH3I和PbCl2混(hun)合后進(jin)行(xing)(xing)后續熱處理，得到的(de)電(dian)(dian)池(chi)短路電(dian)(dian)流更(geng)大，轉換效(xiao)率更(geng)高。而(er)這(zhe)(zhe)個過程(cheng)發生的(de)改變就是(shi)鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦結構(gou)的(de)長軸方(fang)向趨向于與基底平行(xing)(xing)，形成(cheng)各(ge)向異(yi)(yi)性。這(zhe)(zhe)種(zhong)各(ge)向異(yi)(yi)性越明顯，電(dian)(dian)池(chi)性能(neng)越好，因此研究鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦材料的(de)晶(jing)體學取(qu)向也是(shi)獲得優(you)異(yi)(yi)性能(neng)的(de)重點方(fang)向之一。

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鈣鈦礦太陽能電池原理

在接受太陽光(guang)照射時，鈣鈦礦(kuang)層首(shou)先(xian)吸收(shou)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)產生電子(zi)(zi)(zi)(zi)-空穴對。由于鈣鈦礦(kuang)材激子(zi)(zi)(zi)(zi)束縛能的差異，這些(xie)(xie)載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)或者(zhe)成為(wei)自由載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)，或者(zhe)形(xing)成激子(zi)(zi)(zi)(zi)。而且，因為(wei)這些(xie)(xie)鈣鈦礦(kuang)材料往往具有較低的載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)復合幾率和較高的載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)遷(qian)移率，所(suo)以載(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)的擴散距離和壽命較長。

然(ran)后，這(zhe)些(xie)未復(fu)(fu)合的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)和空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)分別被(bei)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)和空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)收集(ji)，即電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)從(cong)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)到等電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后被(bei)FTO收集(ji)；空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)從(cong)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)到空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后被(bei)金屬電(dian)(dian)極收集(ji)，當然(ran)，這(zhe)些(xie)過(guo)程中(zhong)總不免伴(ban)隨著一些(xie)使載流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)損失(shi)，如電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)的(de)可(ke)逆復(fu)(fu)合、電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)的(de)復(fu)(fu)合（鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)不致密(mi)的(de)情況）、鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)的(de)復(fu)(fu)合。要提高電(dian)(dian)池的(de)整體性能，這(zhe)些(xie)載流(liu)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)損失(shi)應該降到最(zui)(zui)低。

最后，通過連接FTO和金屬電(dian)極的電(dian)路而(er)產(chan)生光電(dian)流。

鈣鈦礦太陽能電池的發展方向

1、提高電池轉換效率

轉(zhuan)換效率是衡(heng)量太(tai)陽(yang)能電(dian)池性能最(zui)重要的(de)指標，目(mu)前得(de)到認證的(de)最(zui)高電(dian)池轉(zhuan)換效率已經(jing)達到20.1%。限制(zhi)太(tai)陽(yang)能電(dian)池轉(zhuan)換效率提(ti)升的(de)瓶頸在(zai)于入射(she)(she)光的(de)大部分能量被(bei)(bei)反射(she)(she)或者透射(she)(she)損(sun)耗(hao)掉，而只有(you)與吸光層(ceng)材料能隙相近的(de)光才能被(bei)(bei)吸收轉(zhuan)化為(wei)電(dian)能。因此，提(ti)高電(dian)池轉(zhuan)換效率的(de)關(guan)鍵在(zai)于改善電(dian)池的(de)能帶結(jie)構。除了(le)上(shang)文(wen)中(zhong)提(ti)到的(de)通過調控鈣鈦礦材料中(zhong)的(de)離子基團來調節能隙，制(zhi)備出不(bu)同能隙的(de)多(duo)結(jie)太(tai)陽(yang)能電(dian)池也是該(gai)領域研究的(de)重要方(fang)向之一。

除(chu)此之(zhi)外，減少電(dian)子和空穴(xue)在傳輸過程(cheng)中的復(fu)合來提高傳輸速率(lv)，也是(shi)提高轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)的重要途徑。

（1）界面調控。由鈣(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)工作機理可以看出，鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能(neng)(neng)電池(chi)轉換效率(lv)的(de)提升不僅(jin)取(qu)決于光的(de)吸收能(neng)(neng)力，還取(qu)決于載流子(zi)在鈣(gai)鈦礦(kuang)結構中的(de)傳輸速率(lv)。

（2）改進鈣鈦(tai)礦(kuang)電池(chi)的(de)制備工藝。鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電池(chi)作為(wei)一種新型(xing)的(de)薄(bo)(bo)膜太(tai)陽能電池(chi)，其(qi)制備工藝與其(qi)他薄(bo)(bo)膜電池(chi)類似，例如(ru)旋轉(zhuan)(zhuan)涂覆法(fa)(fa)（溶液旋涂法(fa)(fa)）、真空(kong)蒸(zheng)鍍法(fa)(fa)（氣(qi)相法(fa)(fa)）等。無(wu)論(lun)何(he)種制備方法(fa)(fa)都以制備高純度、缺陷少、高覆蓋(gai)率(lv)、致密的(de)鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)薄(bo)(bo)膜與傳輸(shu)(shu)層(ceng)薄(bo)(bo)膜為(wei)目的(de)，其(qi)本質在(zai)于改善不(bu)同層(ceng)結構(gou)之間的(de)電學接觸，降(jiang)低缺陷密度，減少載流子在(zai)傳輸(shu)(shu)過程(cheng)中的(de)損(sun)耗，從而實(shi)現高的(de)電池(chi)轉(zhuan)(zhuan)換效率(lv)。

（3）新材料和新電池結構的嘗試。目前，鈣鈦礦太陽能電池最常用的材料是用CH3NH3PbI3作為光吸收層，用TiO2作為電子傳輸層，用spiro-OmetaD作為固態空穴傳輸層，最初的轉換效率達到了8.3%。為了進一步提高太陽能電池的(de)(de)轉(zhuan)換效率，突出鈣鈦礦材(cai)料的(de)(de)優勢，人(ren)們開始在太陽能電池(chi)的(de)(de)不同結構上使用新材(cai)料，或者設計(ji)新的(de)(de)電池(chi)結構，期(qi)望得到突破。

總(zong)體(ti)來說，無論是新材料的使用(yong)，還是新器(qi)件結構(gou)的改進，各種方法雖(sui)然都得到了較(jiao)好的電池轉換效率(lv)，但相(xiang)比(bi)傳(chuan)統結構(gou)的鈣鈦礦太陽能電池來說仍然略低，不過(guo)從成本、穩定性、環(huan)境友(you)好等角度考(kao)慮，都具有很高的研(yan)究價值。

2、提高太陽能電池穩定性

有機金屬鹵化物鈣鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)潮濕(shi)環境(jing)(jing)和光照條件下穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)差(cha)，容易發生分(fen)(fen)解而造成電池(chi)效(xiao)率下降甚至失效(xiao)，因此除不斷提升轉換效(xiao)率外，目前很多研究也致力于提高太陽能電池(chi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)。鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)受(shou)到(dao)溫度(du)、濕(shi)度(du)等(deng)多種環境(jing)(jing)因素的(de)制約。改善(shan)鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)有兩種思路：一(yi)種是提高鈣鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)本身的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)，另(ling)一(yi)種是尋找(zhao)合適的(de)傳輸層材(cai)(cai)料(liao)使電池(chi)與環境(jing)(jing)隔絕(jue)，抑制鈣鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)的(de)分(fen)(fen)解。

在(zai)前一種方法中(zhong)，Smith等人以(yi)一種二(er)維(wei)混合(he)鈣(gai)鈦礦材料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作(zuo)為吸收材料（結構(gou)如圖4所示），該結構(gou)可通(tong)過旋(xuan)涂沉積形成且無需(xu)高溫退火。和普通(tong)三維(wei)鈣(gai)鈦礦材料（MA）[PbI3]相比，二(er)維(wei)鈣(gai)鈦礦電池在(zai)室(shi)溫潮濕(shi)環境(jing)下放置46天而不引起(qi)性能的(de)(de)明顯(xian)下降，具有很(hen)好(hao)的(de)(de)穩定性。但目前可以(yi)替代(dai)ABX3中(zhong)各(ge)組分的(de)(de)原子/原子團的(de)(de)選擇很(hen)有限，相關研究報道也(ye)比較(jiao)少(shao)。近年來更多的(de)(de)研究集中(zhong)在(zai)后者，即尋找合(he)適的(de)(de)傳(chuan)輸層(ceng)材料。

（a）兩(liang)種晶體(ti)結構(gou)示意(yi)圖(tu)，其中A和B分(fen)別(bie)為三維材料（MA）[PbI3]和二(er)維材料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的(de)結構(gou)；

（b）不(bu)同薄(bo)膜(mo)在(zai)潮濕環境(jing)下(xia)經過相同時間后XRD譜，其中(zhong)1，2a，2b分(fen)別為(wei)二維(wei)(wei)材料薄(bo)膜(mo)、旋涂質量較(jiao)差的(de)(de)三(san)維(wei)(wei)材料薄(bo)膜(mo)和旋涂質量較(jiao)好(hao)的(de)(de)三(san)維(wei)(wei)材料薄(bo)膜(mo)在(zai)第二種方法中(zhong)，研(yan)究者(zhe)致力于尋找更好(hao)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材料來提高鈣(gai)鈦礦太陽能(neng)電池(chi)的(de)(de)穩定(ding)(ding)性。好(hao)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材料能(neng)使(shi)激子(zi)具有(you)更長(chang)的(de)(de)壽命(ming)(ming)和量子(zi)產率，延長(chang)電池(chi)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命(ming)(ming)。鈣(gai)鈦礦電池(chi)中(zhong)通(tong)常使(shi)用(yong)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材料為(wei)p型(xing)摻雜的(de)(de)spiro-OmetaD。通(tong)過改變空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材料來提高材料穩定(ding)(ding)性的(de)(de)思路有(you)兩(liang)類(lei)(lei)：第一(yi)類(lei)(lei)是(shi)用(yong)其他材料來替換(huan)原有(you)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)材料；另一(yi)類(lei)(lei)是(shi)向該(gai)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)材料中(zhong)加入添加劑(ji)或者(zhe)替換(huan)原有(you)的(de)(de)p型(xing)添加劑(ji)。

（a）使用四硫富瓦烯衍生物（TTF-1）和環二(er)芴（spiro-OmetaD）作為空穴(xue)傳輸材料(liao)的(de)(de)兩(liang)種電(dian)池的(de)(de)穩定性對比(bi)；

（b）添加PDPPDBTE電(dian)(dian)池與原(yuan)材料電(dian)(dian)池的穩定性對比；

（c）采用不同的摻雜劑后電池的穩定性；

（d）不(bu)同XTHSI在3個月后(hou)的電(dian)池效(xiao)率變化（其中X代(dai)表金屬(shu)元素（如(ru)Li，Co，Ir），THIS代(dai)表二（酰基三氟(fu)甲烷）酰亞胺）。

在第二類方法中(zhong)(zhong)，p型添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)(de)引入可(ke)提(ti)高(gao)載流子濃度(du)，進而減(jian)少串聯電阻及界面(mian)(mian)處的(de)(de)電荷傳輸阻抗.目前效果較(jiao)理(li)想的(de)(de)摻雜劑(ji)是(shi)LiTFSI（鋰(li)基二（酰基三氟甲(jia)烷）酰亞胺）。但在含氧(yang)(yang)環境(jing)中(zhong)(zhong)，氧(yang)(yang)氣會消耗空穴傳輸層和TiO2表面(mian)(mian)的(de)(de)鋰(li)離子，使光電流降低、電阻升高(gao)，降低電池的(de)(de)穩定性(xing)(xing)，因此尋找更好的(de)(de)添(tian)加(jia)劑(ji)不(bu)僅可(ke)以(yi)起到(dao)提(ti)高(gao)效率的(de)(de)效果，還可(ke)以(yi)進一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)穩定性(xing)(xing).利用其他元素來替換(huan)金屬(shu)Li是(shi)目前研究的(de)(de)熱點(dian)之一(yi)。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于(yu)含鉛材(cai)料(liao)對環(huan)境(jing)的(de)(de)不友好性，研(yan)究者們在(zai)努力實現(xian)無鉛化，但相(xiang)應會帶來電池轉換效(xiao)率的(de)(de)降低(di)(di).最直接的(de)(de)方法(fa)是利用(yong)同族(zu)元(yuan)素(su)（如(ru)Sn）來代(dai)替(ti)Pb元(yuan)素(su)。在(zai)MAXI3材(cai)料(liao)中，CH3NH3SnI3的(de)(de)能隙(xi)僅為1.3eV，遠低(di)(di)于(yu)CH3NH3PbI3的(de)(de)1.55eV，可以使(shi)吸(xi)收光(guang)(guang)譜(pu)發生紅(hong)移。采(cai)用(yong)CsSnI3作(zuo)(zuo)為光(guang)(guang)吸(xi)收材(cai)料(liao)，并加入(ru)SnF2作(zuo)(zuo)為添加劑也(ye)以減少缺陷密度，提(ti)高載流子濃度，進而提(ti)高電池效(xiao)率。這兩種替(ti)代(dai)的(de)(de)吸(xi)收材(cai)料(liao)的(de)(de)吸(xi)收光(guang)(guang)譜(pu)發生明顯紅(hong)移，可以吸(xi)收更(geng)寬(kuan)波段的(de)(de)入(ru)射光(guang)(guang)。

從(cong)解決環境污(wu)染但又不(bu)犧牲電池(chi)轉換效率的(de)角度出(chu)發，Chen等(deng)人提(ti)出(chu)了(le)另一(yi)種(zhong)思路(lu)，即回收汽(qi)車電池(chi)來(lai)提(ti)供鉛源。由于汽(qi)車電池(chi)中的(de)鉛源具(ju)(ju)有相同(tong)的(de)材料特性（如(ru)晶體(ti)結構、形貌、吸光(guang)(guang)性和光(guang)(guang)致發電性能）和光(guang)(guang)電性能，既提(ti)供了(le)鈣鈦礦材料制備所需(xu)的(de)鉛源，又解決了(le)廢舊(jiu)含鉛電池(chi)無(wu)法妥善處理的(de)問題，因此具(ju)(ju)有一(yi)定的(de)實際應(ying)用(yong)價(jia)值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也存在(zai)一(yi)些亟(ji)需(xu)突破的(de)(de)(de)(de)(de)問題(ti)。首先，人(ren)們(men)大(da)多專注于從不同的(de)(de)(de)(de)(de)角度改(gai)進材料和(he)制備方(fang)法來提高(gao)電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)，但始終沒有(you)建立起完備的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論模型來解(jie)釋電池(chi)(chi)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)提高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)，難(nan)以得到一(yi)個(ge)(ge)準確可靠的(de)(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論上限。其次，如何(he)(he)兼顧提高(gao)穩(wen)定性和(he)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)是目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)難(nan)點。鈣鈦礦太陽能(neng)電池(chi)(chi)對水(shui)蒸氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)非常(chang)敏感，盡管目(mu)前(qian)已經出現穩(wen)定性長達4個(ge)(ge)月的(de)(de)(de)(de)(de)電池(chi)(chi)，但效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)僅(jin)有(you)12%，相比傳統晶硅電池(chi)(chi)（壽(shou)命可達25年），依然有(you)較大(da)差距。再次，如何(he)(he)實(shi)現鈣鈦礦太陽能(neng)電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)面積(ji)連(lian)續制備也是現在(zai)面臨的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)重要問題(ti)。在(zai)實(shi)驗室所制得的(de)(de)(de)(de)(de)器件的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸僅(jin)有(you)幾厘米大(da)小(xiao)，與滿足產業化需(xu)求還有(you)距離。最(zui)后，如何(he)(he)避免使用鉛等(deng)對環境不友好的(de)(de)(de)(de)(de)重金屬同時兼顧高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)也是目(mu)前(qian)面臨的(de)(de)(de)(de)(de)重大(da)挑戰。

目前用其他元素替換(huan)鉛(qian)通(tong)常要(yao)以降低電(dian)池效率為代價，尋找更合理(li)的(de)方式解決含(han)鉛(qian)帶來的(de)環境(jing)問(wen)題，使鈣鈦礦太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)池可(ke)回收、可(ke)再生，對實際(ji)產業化(hua)同(tong)樣重要(yao)。基(ji)于此，通(tong)過改(gai)善鈣鈦礦層與其他傳(chuan)(chuan)導層間的(de)界面性能(neng)，尋找更高效的(de)電(dian)子(zi)/空(kong)穴傳(chuan)(chuan)輸材(cai)料，電(dian)池轉換(huan)效率仍有(you)非常大的(de)提升空(kong)間，同(tong)時也(ye)可(ke)以使太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)池的(de)穩定性得到(dao)改(gai)善。實現鈣鈦礦材(cai)料的(de)無鉛(qian)化(hua)，也(ye)成為鈣鈦礦太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)池最終能(neng)否被公眾接(jie)受、實現廣泛應用的(de)關鍵因素之一(yi)。