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。這種材(cai)料(liao)制備工藝簡單，成本(ben)較低。鈣鈦礦材(cai)料(liao)的結構通式(shi)為ABX3，其中(zhong)A為有機(ji)陽離(li)(li)子(zi)，B為金(jin)屬離(li)(li)子(zi)，X為鹵素(su)基團。該(gai)結構中(zhong)，金(jin)屬B原(yuan)子(zi)位(wei)(wei)于(yu)立方晶胞體心(xin)處，鹵素(su)X原(yuan)子(zi)位(wei)(wei)于(yu)立方體面心(xin)，有機(ji)陽離(li)(li)子(zi)A位(wei)(wei)于(yu)立方體頂點位(wei)(wei)置(zhi)。相比(bi)于(yu)以共棱(leng)、共面形式(shi)連接的結構，鈣鈦礦結構更加(jia)穩定，有利于(yu)缺(que)陷(xian)的擴散遷移(yi).

在用(yong)(yong)于高效太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)鈣鈦礦(kuang)(kuang)結構(gou)中(zhong)(zhong)，A位通(tong)(tong)常(chang)為(wei)HC（NH2）2+（簡(jian)稱FA+）或者CH3NH3+（簡(jian)稱MA+）等有機(ji)(ji)陽(yang)離(li)子(zi)，其主要作用(yong)(yong)是在晶(jing)格中(zhong)(zhong)維持電(dian)(dian)(dian)(dian)荷平(ping)衡，但(dan)A離(li)子(zi)的(de)(de)(de)尺寸大小(xiao)可以改變(bian)(bian)能(neng)(neng)(neng)(neng)隙(xi)的(de)(de)(de)大小(xiao)。當(dang)A離(li)子(zi)半徑增(zeng)(zeng)大，點陣擴張，導致(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)隙(xi)相應變(bian)(bian)小(xiao)，吸收邊發(fa)生紅移，從而獲(huo)得更大的(de)(de)(de)短路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)流和16%左右的(de)(de)(de)高電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)轉(zhuan)換效率(lv)。金屬(shu)離(li)子(zi)B通(tong)(tong)常(chang)為(wei)Pb離(li)子(zi)，Pb具(ju)(ju)有良好的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)，但(dan)由(you)于有毒性(xing)(xing)(xing)，因此也常(chang)被Ge，Sn，Ti替代。以Sn為(wei)例，Sn-X-Sn鍵角大于Pb，能(neng)(neng)(neng)(neng)隙(xi)更窄(zhai)，ASnX3表現出很(hen)高的(de)(de)(de)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)和良好的(de)(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)(xing)，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)損失很(hen)小(xiao)。但(dan)在同一族元素中(zhong)(zhong)，原子(zi)序(xu)數(shu)越小(xiao)，元素穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)越差。為(wei)了(le)解決穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)問題，將Pb與Sn按一定比例結合(he)，降低(di)Sn帶來的(de)(de)(de)不(bu)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)，同時又(you)獲(huo)得較高的(de)(de)(de)轉(zhuan)換效率(lv)。鹵素基團X通(tong)(tong)常(chang)為(wei)碘(dian)、溴(xiu)和氯.其中(zhong)(zhong)帶有碘(dian)基團的(de)(de)(de)鈣鈦礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)上（如彈性(xing)(xing)(xing)、強度等）不(bu)如帶有溴(xiu)基團的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)吸收光(guang)譜由(you)Cl至I依次拓寬，能(neng)(neng)(neng)(neng)隙(xi)的(de)(de)(de)紅移也逐次增(zeng)(zeng)加。這是由(you)于隨著原子(zi)量的(de)(de)(de)升(sheng)高，元素電(dian)(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)變(bian)(bian)弱(ruo)，與金屬(shu)離(li)子(zi)B成(cheng)鍵中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)共價作用(yong)(yong)增(zeng)(zeng)強。ABX3型的(de)(de)(de)有機(ji)(ji)-無(wu)機(ji)(ji)鹵化物在不(bu)同溫度下具(ju)(ju)有不(bu)同的(de)(de)(de)結構(gou)。

鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太(tai)陽能電池的(de)基(ji)(ji)本構造通常(chang)為襯(chen)底材料/導電玻(bo)璃（鍍有氧化(hua)物層(ceng)的(de)基(ji)(ji)片玻(bo)璃）/電子傳(chuan)輸層(ceng)（二氧化(hua)鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)吸收(shou)層(ceng)（空穴傳(chuan)輸層(ceng)）/金屬陰極。

（a）介觀結構鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池；

（b）平(ping)面異質結結構鈣鈦礦太陽能電池。

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(de)鈣(gai)鈦礦材料中分離，這種(zhong)材料可同時傳輸空穴和電子。

鈣(gai)鈦礦(kuang)結構(gou)材(cai)料的(de)(de)(de)晶體學取(qu)向(xiang)(xiang)也會影響電(dian)池效(xiao)率(lv)。Docampo等(deng)研究發(fa)現(xian)，當(dang)提高(gao)溶液的(de)(de)(de)浸泡溫度，或者在CH3NH3I和PbCl2混合后(hou)進行后(hou)續熱處(chu)理，得(de)到(dao)的(de)(de)(de)電(dian)池短路(lu)電(dian)流更(geng)大(da)，轉換效(xiao)率(lv)更(geng)高(gao)。而這(zhe)個過程(cheng)發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)改變(bian)就是(shi)鈣(gai)鈦礦(kuang)結構(gou)的(de)(de)(de)長軸方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)趨向(xiang)(xiang)于與基底平(ping)行，形成各(ge)向(xiang)(xiang)異性。這(zhe)種各(ge)向(xiang)(xiang)異性越明顯，電(dian)池性能越好，因此研究鈣(gai)鈦礦(kuang)材(cai)料的(de)(de)(de)晶體學取(qu)向(xiang)(xiang)也是(shi)獲(huo)得(de)優異性能的(de)(de)(de)重(zhong)點方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)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(gai)鈦礦層首(shou)先吸收光(guang)子(zi)產生電子(zi)-空穴(xue)對(dui)。由于(yu)鈣(gai)鈦礦材激子(zi)束縛(fu)能的差異，這(zhe)些(xie)載流(liu)子(zi)或(huo)(huo)者成為(wei)自由載流(liu)子(zi)，或(huo)(huo)者形成激子(zi)。而且(qie)，因為(wei)這(zhe)些(xie)鈣(gai)鈦礦材料往往具(ju)有較低(di)的載流(liu)子(zi)復合(he)幾率和較高的載流(liu)子(zi)遷(qian)移率，所以載流(liu)子(zi)的擴散(san)距離和壽命較長(chang)。

然后，這些(xie)(xie)未復合(he)(he)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)和空(kong)(kong)穴(xue)(xue)分別(bie)被電(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)和空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)收集，即電(dian)(dian)(dian)子(zi)從鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)輸(shu)到(dao)等電(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)后被FTO收集；空(kong)(kong)穴(xue)(xue)從鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)輸(shu)到(dao)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)后被金屬電(dian)(dian)(dian)極收集，當然，這些(xie)(xie)過程中總不免(mian)伴隨著一些(xie)(xie)使(shi)載(zai)流子(zi)的(de)(de)損失(shi)，如電(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)與鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)可逆復合(he)(he)、電(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)與空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)復合(he)(he)（鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)不致(zhi)密的(de)(de)情況）、鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)與空(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)復合(he)(he)。要提(ti)高(gao)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)整體性能，這些(xie)(xie)載(zai)流子(zi)的(de)(de)損失(shi)應該降到(dao)最(zui)低。

最后，通過(guo)連接(jie)FTO和金屬電(dian)極的電(dian)路而產生光電(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(huan)效(xiao)率是衡(heng)量太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)性能(neng)(neng)(neng)最重要(yao)的(de)(de)指(zhi)標，目前得到認證的(de)(de)最高電(dian)池(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率已經達到20.1%。限制太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率提(ti)升(sheng)的(de)(de)瓶頸(jing)在于入射光(guang)的(de)(de)大部分能(neng)(neng)(neng)量被反射或者透射損耗掉，而只(zhi)有與吸光(guang)層材料(liao)能(neng)(neng)(neng)隙(xi)相近的(de)(de)光(guang)才能(neng)(neng)(neng)被吸收轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)(neng)(neng)。因此(ci)，提(ti)高電(dian)池(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率的(de)(de)關鍵在于改善(shan)電(dian)池(chi)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)帶結構。除了上文中提(ti)到的(de)(de)通(tong)過調(diao)控(kong)鈣鈦礦材料(liao)中的(de)(de)離(li)子基(ji)團來(lai)調(diao)節(jie)能(neng)(neng)(neng)隙(xi)，制備出不同(tong)能(neng)(neng)(neng)隙(xi)的(de)(de)多結太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)也是該領域研究的(de)(de)重要(yao)方向(xiang)之一。

除(chu)此(ci)之外，減少電子和(he)空穴在傳輸(shu)過程中的復合來提高傳輸(shu)速率，也是(shi)提高轉換(huan)效(xiao)率的重要途(tu)徑。

（1）界面調控。由鈣鈦礦電池(chi)工作機理可(ke)以看出(chu)，鈣鈦礦太陽能電池(chi)轉換效率的(de)提升(sheng)不僅取(qu)(qu)決(jue)于(yu)光的(de)吸收能力，還(huan)取(qu)(qu)決(jue)于(yu)載(zai)流子在鈣鈦礦結構(gou)中的(de)傳輸速率。

（2）改(gai)進鈣(gai)鈦礦(kuang)電池的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備(bei)工藝。鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽(yang)能電池作(zuo)為一種新型的(de)(de)(de)(de)薄(bo)(bo)膜太(tai)陽(yang)能電池，其(qi)(qi)制(zhi)備(bei)工藝與(yu)其(qi)(qi)他薄(bo)(bo)膜電池類似，例(li)如旋(xuan)轉涂覆法(fa)（溶液旋(xuan)涂法(fa)）、真空蒸鍍法(fa)（氣(qi)相法(fa)）等。無論何種制(zhi)備(bei)方法(fa)都以制(zhi)備(bei)高純(chun)度、缺(que)陷(xian)少、高覆蓋率(lv)、致密的(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)薄(bo)(bo)膜與(yu)傳輸層(ceng)薄(bo)(bo)膜為目的(de)(de)(de)(de)，其(qi)(qi)本質在于改(gai)善(shan)不同(tong)層(ceng)結構之間(jian)的(de)(de)(de)(de)電學接觸，降低缺(que)陷(xian)密度，減少載流子在傳輸過程中的(de)(de)(de)(de)損耗，從(cong)而實現高的(de)(de)(de)(de)電池轉換效率(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轉換效率(lv)，突(tu)出鈣鈦礦材料(liao)(liao)的優勢，人(ren)們開始在(zai)太陽能電(dian)池的不同(tong)結構上(shang)使用新材料(liao)(liao)，或者設計新的電(dian)池結構，期望得到(dao)突(tu)破。

總體(ti)來說，無論是新材料的(de)(de)使(shi)用，還是新器件結(jie)構的(de)(de)改(gai)進，各種方法雖(sui)然都(dou)得到了(le)較好的(de)(de)電池(chi)轉換效率，但相比傳統結(jie)構的(de)(de)鈣鈦礦太陽能電池(chi)來說仍然略低，不過從(cong)成本(ben)、穩定性、環境友好等角度考(kao)慮(lv)，都(dou)具(ju)有很(hen)高的(de)(de)研究價(jia)值。

2、提高太陽能電池穩定性

有(you)(you)機金屬鹵(lu)化物鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)在潮(chao)濕(shi)環境(jing)和光照條件下(xia)穩(wen)定性(xing)(xing)較差，容(rong)易(yi)發生分(fen)解而造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)(chi)效率下(xia)降甚至失(shi)效，因此除不斷提升轉換效率外，目(mu)前很多研究也(ye)致(zhi)力于提高太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)。鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)受到溫度、濕(shi)度等多種環境(jing)因素(su)的(de)(de)(de)(de)制約。改善鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)有(you)(you)兩種思路：一(yi)種是提高鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)本身(shen)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)，另一(yi)種是尋找合適的(de)(de)(de)(de)傳輸層材料(liao)使電(dian)池(chi)(chi)與環境(jing)隔絕(jue)，抑(yi)制鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)分(fen)解。

在前一種(zhong)(zhong)方法中，Smith等人(ren)以(yi)一種(zhong)(zhong)二(er)維混合(he)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作(zuo)為吸收材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)（結(jie)構如圖4所示(shi)），該(gai)結(jie)構可(ke)通過旋涂沉積(ji)形成且無需(xu)高溫退火。和普(pu)通三維鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)（MA）[PbI3]相比，二(er)維鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦電池(chi)在室(shi)溫潮濕環境(jing)下放置46天而不引起性(xing)能(neng)的(de)明(ming)顯下降，具有很(hen)好(hao)的(de)穩定性(xing)。但目前可(ke)以(yi)替代ABX3中各組分的(de)原(yuan)(yuan)子(zi)/原(yuan)(yuan)子(zi)團(tuan)的(de)選擇很(hen)有限，相關研(yan)究報道(dao)也比較少。近(jin)年來更多(duo)的(de)研(yan)究集中在后(hou)者，即尋找合(he)適的(de)傳輸(shu)層材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。

（a）兩種晶體結構示意(yi)圖，其中(zhong)A和B分別為三維材(cai)料（MA）[PbI3]和二(er)維材(cai)料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結構；

（b）不同薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在潮濕(shi)環(huan)境下經(jing)過相同時間后XRD譜，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)1，2a，2b分(fen)別(bie)為二維(wei)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)、旋涂(tu)質量較(jiao)差的(de)三維(wei)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)和(he)旋涂(tu)質量較(jiao)好的(de)三維(wei)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在第二種方法中(zhong)(zhong)(zhong)，研究者致(zhi)力于尋找更好的(de)空穴(xue)傳輸(shu)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來提高(gao)鈣鈦礦太陽能電(dian)池的(de)穩(wen)定性(xing)。好的(de)空穴(xue)傳輸(shu)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)能使(shi)激子(zi)具有(you)(you)更長(chang)的(de)壽(shou)命(ming)和(he)量子(zi)產率，延(yan)長(chang)電(dian)池的(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。鈣鈦礦電(dian)池中(zhong)(zhong)(zhong)通常使(shi)用(yong)(yong)的(de)空穴(xue)傳輸(shu)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)為p型摻雜的(de)spiro-OmetaD。通過改變空穴(xue)傳輸(shu)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來提高(gao)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)穩(wen)定性(xing)的(de)思路有(you)(you)兩類：第一(yi)(yi)類是用(yong)(yong)其(qi)他(ta)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來替換(huan)原有(you)(you)的(de)空穴(xue)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)；另(ling)一(yi)(yi)類是向該空穴(xue)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)加入添加劑(ji)或者替換(huan)原有(you)(you)的(de)p型添加劑(ji)。

（a）使用四(si)硫富瓦烯衍生物（TTF-1）和環二(er)芴(wu)（spiro-OmetaD）作為(wei)空穴(xue)傳輸材料的兩種電池的穩(wen)定性(xing)對比；

（b）添加PDPPDBTE電(dian)池(chi)與原材(cai)料電(dian)池(chi)的穩定性對比；

（c）采(cai)用(yong)不同的摻雜劑(ji)后電(dian)池的穩定性(xing)；

（d）不同(tong)XTHSI在3個月后的電池效率變化（其中X代表金屬元素(su)（如Li，Co，Ir），THIS代表二（酰(xian)(xian)基三氟甲烷）酰(xian)(xian)亞胺）。

在(zai)第二類方(fang)法中(zhong)，p型添(tian)加劑的(de)引入可提高(gao)載流(liu)子濃(nong)度，進而(er)減(jian)少串聯電(dian)阻(zu)及界(jie)面處的(de)電(dian)荷傳輸(shu)(shu)阻(zu)抗.目前(qian)效(xiao)果(guo)較理想的(de)摻雜劑是(shi)LiTFSI（鋰(li)(li)基二（酰(xian)基三氟甲烷）酰(xian)亞胺）。但在(zai)含氧環境中(zhong)，氧氣會(hui)消耗空穴傳輸(shu)(shu)層和TiO2表面的(de)鋰(li)(li)離子，使(shi)光電(dian)流(liu)降低(di)、電(dian)阻(zu)升高(gao)，降低(di)電(dian)池的(de)穩(wen)定性(xing)，因(yin)此(ci)尋找(zhao)更好(hao)的(de)添(tian)加劑不僅(jin)可以起到提高(gao)效(xiao)率的(de)效(xiao)果(guo)，還可以進一步提高(gao)穩(wen)定性(xing).利用(yong)其(qi)他元素來替(ti)換金屬(shu)Li是(shi)目前(qian)研究的(de)熱點(dian)之(zhi)一。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于(yu)含鉛材料對環境的(de)(de)不友好性，研(yan)究者們在努力(li)實現無鉛化(hua)，但相應會(hui)帶(dai)來電池(chi)轉換(huan)效率的(de)(de)降(jiang)低.最直(zhi)接的(de)(de)方(fang)法(fa)是利用同族(zu)元素(su)（如Sn）來代(dai)替Pb元素(su)。在MAXI3材料中，CH3NH3SnI3的(de)(de)能(neng)隙僅為(wei)1.3eV，遠(yuan)低于(yu)CH3NH3PbI3的(de)(de)1.55eV，可(ke)以(yi)(yi)使(shi)吸(xi)(xi)收(shou)光(guang)(guang)譜發(fa)生紅(hong)移(yi)。采(cai)用CsSnI3作為(wei)光(guang)(guang)吸(xi)(xi)收(shou)材料，并加入(ru)SnF2作為(wei)添加劑也以(yi)(yi)減少缺陷密度，提高(gao)載流子濃度，進(jin)而(er)提高(gao)電池(chi)效率。這兩種替代(dai)的(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)材料的(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)光(guang)(guang)譜發(fa)生明(ming)顯紅(hong)移(yi)，可(ke)以(yi)(yi)吸(xi)(xi)收(shou)更寬波段的(de)(de)入(ru)射光(guang)(guang)。

從解(jie)決(jue)環(huan)境污染(ran)但又不(bu)犧牲(sheng)電(dian)池(chi)(chi)轉換效(xiao)率的角度出發(fa)，Chen等人提出了另一種思路，即回收汽車(che)電(dian)池(chi)(chi)來提供鉛(qian)源(yuan)。由(you)于汽車(che)電(dian)池(chi)(chi)中(zhong)的鉛(qian)源(yuan)具(ju)有相同的材料特性(xing)（如晶體結(jie)構、形貌、吸光(guang)性(xing)和光(guang)致發(fa)電(dian)性(xing)能(neng)）和光(guang)電(dian)性(xing)能(neng)，既提供了鈣鈦礦材料制備所需的鉛(qian)源(yuan)，又解(jie)決(jue)了廢舊含鉛(qian)電(dian)池(chi)(chi)無(wu)法(fa)妥(tuo)善處理的問題，因(yin)此具(ju)有一定的實際應用(yong)價值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也(ye)存在(zai)(zai)一(yi)些亟(ji)需(xu)突破的(de)(de)問(wen)題。首(shou)先，人們大(da)多專注于從不(bu)同的(de)(de)角度改進材料和(he)制(zhi)備方法來提高(gao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)轉換(huan)效率，但始終(zhong)沒(mei)有(you)(you)建立起(qi)完(wan)備的(de)(de)理論模型來解釋電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)轉換(huan)效率提高(gao)的(de)(de)原因，難以得(de)到一(yi)個(ge)準確可靠的(de)(de)轉換(huan)效率的(de)(de)理論上限。其(qi)次(ci)，如何兼顧提高(gao)穩(wen)定性和(he)轉換(huan)效率是目(mu)前的(de)(de)一(yi)個(ge)難點(dian)。鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)對(dui)水蒸氣和(he)氧氣非(fei)常敏感，盡(jin)管目(mu)前已經出現穩(wen)定性長達(da)(da)4個(ge)月的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)，但效率僅有(you)(you)12%，相(xiang)比傳統(tong)晶(jing)硅電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)（壽(shou)命(ming)可達(da)(da)25年），依然有(you)(you)較大(da)差距。再次(ci)，如何實現鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)大(da)面積連續制(zhi)備也(ye)是現在(zai)(zai)面臨(lin)(lin)的(de)(de)一(yi)個(ge)重要問(wen)題。在(zai)(zai)實驗室所制(zhi)得(de)的(de)(de)器件的(de)(de)尺寸僅有(you)(you)幾厘(li)米大(da)小，與(yu)滿足(zu)產業化需(xu)求還(huan)有(you)(you)距離。最(zui)后，如何避免使用鉛等對(dui)環境不(bu)友(you)好的(de)(de)重金(jin)屬同時兼顧高(gao)的(de)(de)轉換(huan)效率也(ye)是目(mu)前面臨(lin)(lin)的(de)(de)重大(da)挑戰。

目前用其他元素(su)替換(huan)鉛(qian)通常要以降低(di)電池(chi)(chi)效(xiao)率(lv)為(wei)代(dai)價，尋找更(geng)合理的(de)方式解決含(han)鉛(qian)帶(dai)來的(de)環境問題，使鈣鈦礦(kuang)太陽能電池(chi)(chi)可(ke)回收、可(ke)再生，對(dui)實(shi)際(ji)產(chan)業化同(tong)樣重要。基于此(ci)，通過改(gai)善鈣鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)與其他傳導層(ceng)(ceng)間的(de)界面性能，尋找更(geng)高效(xiao)的(de)電子/空穴傳輸(shu)材料，電池(chi)(chi)轉換(huan)效(xiao)率(lv)仍有非常大的(de)提升空間，同(tong)時也(ye)可(ke)以使太陽能電池(chi)(chi)的(de)穩定性得到改(gai)善。實(shi)現鈣鈦礦(kuang)材料的(de)無鉛(qian)化，也(ye)成(cheng)為(wei)鈣鈦礦(kuang)太陽能電池(chi)(chi)最終能否被公眾(zhong)接受、實(shi)現廣泛應用的(de)關鍵因素(su)之一。