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)種材料(liao)制(zhi)備(bei)工藝(yi)簡(jian)單，成本(ben)較低。鈣鈦礦材料(liao)的(de)結(jie)構通式為(wei)ABX3，其中A為(wei)有(you)機陽離子(zi)，B為(wei)金屬離子(zi)，X為(wei)鹵素基(ji)團。該結(jie)構中，金屬B原子(zi)位(wei)于(yu)立方晶胞體(ti)心處，鹵素X原子(zi)位(wei)于(yu)立方體(ti)面(mian)心，有(you)機陽離子(zi)A位(wei)于(yu)立方體(ti)頂(ding)點位(wei)置。相比于(yu)以共棱、共面(mian)形(xing)式連接的(de)結(jie)構，鈣鈦礦結(jie)構更加穩(wen)定，有(you)利于(yu)缺陷的(de)擴散遷移.

在(zai)用于高(gao)效(xiao)太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦礦結(jie)(jie)構中(zhong)，A位通常為HC（NH2）2+（簡(jian)稱FA+）或者CH3NH3+（簡(jian)稱MA+）等有(you)機陽(yang)離(li)子，其(qi)主(zhu)要作用是(shi)在(zai)晶(jing)格(ge)中(zhong)維(wei)持電(dian)(dian)荷平衡，但(dan)(dan)A離(li)子的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)大(da)(da)小(xiao)(xiao)可以改變(bian)能(neng)(neng)隙的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)小(xiao)(xiao)。當A離(li)子半徑(jing)增(zeng)大(da)(da)，點陣擴張(zhang)，導致能(neng)(neng)隙相應變(bian)小(xiao)(xiao)，吸收(shou)邊(bian)發(fa)生紅(hong)移(yi)，從而獲(huo)得更大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)短路(lu)電(dian)(dian)流(liu)和(he)16%左右的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)電(dian)(dian)池轉換(huan)效(xiao)率(lv)。金(jin)屬離(li)子B通常為Pb離(li)子，Pb具(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)，但(dan)(dan)由于有(you)毒性(xing)，因此也常被Ge，Sn，Ti替代。以Sn為例，Sn-X-Sn鍵(jian)角大(da)(da)于Pb，能(neng)(neng)隙更窄(zhai)，ASnX3表現出很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)和(he)良好的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)特性(xing)，電(dian)(dian)壓(ya)損失很(hen)小(xiao)(xiao)。但(dan)(dan)在(zai)同(tong)一族元素中(zhong)，原子序(xu)數(shu)越小(xiao)(xiao)，元素穩(wen)定性(xing)越差(cha)。為了解(jie)決(jue)穩(wen)定性(xing)問題，將(jiang)Pb與Sn按一定比例結(jie)(jie)合，降低(di)Sn帶(dai)(dai)來的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)穩(wen)定性(xing)，同(tong)時又獲(huo)得較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)率(lv)。鹵素基(ji)團(tuan)X通常為碘(dian)、溴和(he)氯.其(qi)中(zhong)帶(dai)(dai)有(you)碘(dian)基(ji)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦礦太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池在(zai)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)上（如彈性(xing)、強(qiang)(qiang)度等）不(bu)如帶(dai)(dai)有(you)溴基(ji)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)池。電(dian)(dian)子吸收(shou)光(guang)譜由Cl至(zhi)I依次拓寬，能(neng)(neng)隙的(de)(de)(de)(de)(de)紅(hong)移(yi)也逐(zhu)次增(zeng)加(jia)。這是(shi)由于隨著原子量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)升高(gao)，元素電(dian)(dian)負(fu)性(xing)變(bian)弱，與金(jin)屬離(li)子B成鍵(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)共價(jia)作用增(zeng)強(qiang)(qiang)。ABX3型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機-無(wu)機鹵化物在(zai)不(bu)同(tong)溫度下具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構。

鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能電池(chi)的(de)(de)基本構造通(tong)常為襯底材料(liao)/導電玻璃(li)（鍍(du)有(you)氧化物層(ceng)的(de)(de)基片玻璃(li)）/電子傳輸層(ceng)（二氧化鈦）/鈣(gai)鈦礦(kuang)吸(xi)收層(ceng)（空(kong)穴傳輸層(ceng)）/金屬(shu)陰極。

（a）介觀結構鈣(gai)鈦礦太陽能電池；

（b）平面(mian)異質(zhi)結結構鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池(chi)。

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(zi)在夾芯的鈣鈦礦(kuang)材(cai)料(liao)中(zhong)分離，這種材(cai)料(liao)可同時傳輸空穴(xue)和電子(zi)。

鈣(gai)鈦礦結構材料(liao)的(de)(de)晶體(ti)學(xue)(xue)取(qu)向也(ye)會影響(xiang)電(dian)(dian)池(chi)效(xiao)率。Docampo等(deng)研(yan)(yan)究發(fa)現，當提高溶(rong)液的(de)(de)浸泡(pao)溫度，或(huo)者在CH3NH3I和PbCl2混合(he)后(hou)進(jin)行后(hou)續熱(re)處(chu)理，得到(dao)的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)短路電(dian)(dian)流更大，轉換效(xiao)率更高。而這個過程發(fa)生的(de)(de)改變就(jiu)是(shi)鈣(gai)鈦礦結構的(de)(de)長(chang)軸(zhou)方(fang)向趨向于與基底(di)平行，形(xing)成各(ge)向異性(xing)。這種各(ge)向異性(xing)越明顯(xian)，電(dian)(dian)池(chi)性(xing)能(neng)越好(hao)，因此研(yan)(yan)究鈣(gai)鈦礦材料(liao)的(de)(de)晶體(ti)學(xue)(xue)取(qu)向也(ye)是(shi)獲得優(you)異性(xing)能(neng)的(de)(de)重(zhong)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(gai)鈦(tai)礦層首(shou)先吸收光(guang)子(zi)(zi)產生電(dian)子(zi)(zi)-空穴對。由(you)于鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)激子(zi)(zi)束縛能的差異，這(zhe)些(xie)載流子(zi)(zi)或者(zhe)成為自由(you)載流子(zi)(zi)，或者(zhe)形成激子(zi)(zi)。而且(qie)，因(yin)為這(zhe)些(xie)鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料往(wang)往(wang)具有較低的載流子(zi)(zi)復合幾率(lv)和(he)較高的載流子(zi)(zi)遷移率(lv)，所以(yi)載流子(zi)(zi)的擴散距離和(he)壽命較長。

然(ran)后(hou)，這(zhe)些(xie)未復(fu)合(he)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)分別被電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)收集(ji)，即電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)從(cong)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)到(dao)等(deng)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)，最后(hou)被FTO收集(ji)；空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)從(cong)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)到(dao)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)，最后(hou)被金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)極收集(ji)，當然(ran)，這(zhe)些(xie)過程中總(zong)不免伴隨著一些(xie)使(shi)載流子(zi)的(de)損(sun)失(shi)，如電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)與鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)可逆復(fu)合(he)、電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)與空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)復(fu)合(he)（鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)不致密的(de)情況(kuang)）、鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)與空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)復(fu)合(he)。要提(ti)高電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)整體性能，這(zhe)些(xie)載流子(zi)的(de)損(sun)失(shi)應該降到(dao)最低。

最后，通過連接(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

轉換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)是衡量太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)性能(neng)最重要(yao)的(de)指標，目(mu)前得到認證的(de)最高電(dian)(dian)池(chi)(chi)轉換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)已(yi)經達到20.1%。限制太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)轉換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)提升(sheng)的(de)瓶(ping)頸(jing)在于(yu)入射(she)光(guang)的(de)大部分能(neng)量被反射(she)或者透射(she)損(sun)耗掉，而只有與吸(xi)(xi)光(guang)層材料能(neng)隙(xi)相(xiang)近(jin)的(de)光(guang)才能(neng)被吸(xi)(xi)收轉化為電(dian)(dian)能(neng)。因此，提高電(dian)(dian)池(chi)(chi)轉換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)關鍵在于(yu)改善電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)能(neng)帶結構。除了(le)上文(wen)中(zhong)(zhong)提到的(de)通過調控鈣(gai)鈦礦材料中(zhong)(zhong)的(de)離子基團來調節(jie)能(neng)隙(xi)，制備出不同能(neng)隙(xi)的(de)多結太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)也是該領域研究(jiu)的(de)重要(yao)方向之一。

除此(ci)之(zhi)外，減少電子和空穴(xue)在傳輸過程(cheng)中的(de)復(fu)合來提高傳輸速率，也是提高轉(zhuan)換效率的(de)重要途(tu)徑。

（1）界面調控(kong)。由鈣鈦(tai)礦電池(chi)工作機理可以看出，鈣鈦(tai)礦太陽能電池(chi)轉換(huan)效率(lv)的(de)提(ti)升(sheng)不僅(jin)取(qu)(qu)決于光(guang)的(de)吸(xi)收能力(li)，還取(qu)(qu)決于載流子在鈣鈦(tai)礦結(jie)構中的(de)傳輸速(su)率(lv)。

（2）改(gai)進(jin)鈣(gai)鈦(tai)礦電池的(de)制(zhi)備工藝。鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能電池作為(wei)一種(zhong)新型的(de)薄(bo)膜(mo)(mo)太陽能電池，其(qi)(qi)(qi)制(zhi)備工藝與(yu)其(qi)(qi)(qi)他薄(bo)膜(mo)(mo)電池類似，例如旋(xuan)轉涂覆法(fa)(fa)（溶(rong)液(ye)旋(xuan)涂法(fa)(fa)）、真空(kong)蒸鍍(du)法(fa)(fa)（氣相(xiang)法(fa)(fa)）等。無論何種(zhong)制(zhi)備方(fang)法(fa)(fa)都(dou)以制(zhi)備高純度(du)、缺陷(xian)(xian)少(shao)(shao)、高覆蓋率(lv)、致密的(de)鈣(gai)鈦(tai)礦層(ceng)薄(bo)膜(mo)(mo)與(yu)傳(chuan)輸層(ceng)薄(bo)膜(mo)(mo)為(wei)目的(de)，其(qi)(qi)(qi)本質在于改(gai)善不同層(ceng)結構之間的(de)電學接觸，降低缺陷(xian)(xian)密度(du)，減少(shao)(shao)載(zai)流子在傳(chuan)輸過(guo)程中的(de)損耗，從(cong)而實現(xian)高的(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，突出鈣鈦礦(kuang)材料(liao)的優勢，人(ren)們開始在(zai)太陽(yang)能電池(chi)的不同結構(gou)上使用新(xin)材料(liao)，或者(zhe)設計(ji)新(xin)的電池(chi)結構(gou)，期望得到突破。

總體來(lai)說，無(wu)論是新材(cai)料的使用，還是新器(qi)件結(jie)構的改進，各(ge)種方法雖(sui)然(ran)都(dou)(dou)得到了較(jiao)好的電(dian)池轉換效率(lv)，但(dan)相比傳統結(jie)構的鈣鈦(tai)礦太(tai)陽能電(dian)池來(lai)說仍然(ran)略低(di)，不過從成本、穩定性、環境友好等角度(du)考慮(lv)，都(dou)(dou)具有很高的研究價值(zhi)。

2、提高太陽能電池穩定性

有(you)機金屬鹵化物(wu)鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材(cai)料(liao)在潮濕環(huan)境和(he)光照條件下穩(wen)定(ding)性較差，容(rong)易發生分解(jie)而造成電(dian)池(chi)(chi)效率下降甚至(zhi)失(shi)效，因此除不斷提升(sheng)轉換效率外，目前很多(duo)研(yan)究也致(zhi)力于提高太陽能電(dian)池(chi)(chi)的穩(wen)定(ding)性。鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的穩(wen)定(ding)性受到溫度(du)(du)、濕度(du)(du)等多(duo)種環(huan)境因素(su)的制約。改善鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的穩(wen)定(ding)性有(you)兩(liang)種思(si)路：一種是(shi)(shi)提高鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材(cai)料(liao)本身的穩(wen)定(ding)性，另一種是(shi)(shi)尋找(zhao)合適的傳輸層材(cai)料(liao)使電(dian)池(chi)(chi)與環(huan)境隔絕，抑制鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材(cai)料(liao)的分解(jie)。

在(zai)前(qian)一(yi)種方(fang)法中(zhong)，Smith等(deng)人以(yi)一(yi)種二維混合(he)(he)鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作為吸(xi)收材(cai)料（結構如圖4所(suo)示），該結構可(ke)通(tong)過旋涂沉積形(xing)成且無需高(gao)溫(wen)退火(huo)。和普通(tong)三維鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料（MA）[PbI3]相(xiang)比，二維鈣(gai)鈦(tai)礦電池在(zai)室溫(wen)潮(chao)濕(shi)環(huan)境下放(fang)置(zhi)46天而不(bu)引起性(xing)能(neng)的(de)明(ming)顯下降(jiang)，具(ju)有很好的(de)穩定性(xing)。但目(mu)前(qian)可(ke)以(yi)替代ABX3中(zhong)各組分的(de)原子(zi)/原子(zi)團(tuan)的(de)選擇(ze)很有限，相(xiang)關研(yan)究報道也比較少。近(jin)年來更多的(de)研(yan)究集中(zhong)在(zai)后者，即尋找合(he)(he)適的(de)傳輸層材(cai)料。

（a）兩種晶體結構示(shi)意圖，其中A和B分別為(wei)三維(wei)材料（MA）[PbI3]和二維(wei)材料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結構；

（b）不(bu)同(tong)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在潮濕環境下經過(guo)相同(tong)時(shi)間(jian)后XRD譜，其中(zhong)(zhong)1，2a，2b分別為二(er)維材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)、旋涂質(zhi)量較差的三維材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)和旋涂質(zhi)量較好的三維材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在第二(er)種方(fang)法中(zhong)(zhong)，研究者致力于尋找更(geng)(geng)好的空(kong)穴傳(chuan)輸(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)提(ti)高鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池(chi)的穩定性(xing)。好的空(kong)穴傳(chuan)輸(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)能使激子具有(you)更(geng)(geng)長的壽命和量子產率，延長電(dian)池(chi)的使用(yong)壽命。鈣(gai)鈦礦電(dian)池(chi)中(zhong)(zhong)通(tong)常使用(yong)的空(kong)穴傳(chuan)輸(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)為p型摻(chan)雜的spiro-OmetaD。通(tong)過(guo)改變空(kong)穴傳(chuan)輸(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)提(ti)高材(cai)(cai)料(liao)(liao)穩定性(xing)的思路有(you)兩(liang)類：第一類是用(yong)其他材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)替(ti)換(huan)原有(you)的空(kong)穴材(cai)(cai)料(liao)(liao)；另一類是向該空(kong)穴材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)加(jia)入添(tian)加(jia)劑(ji)或者替(ti)換(huan)原有(you)的p型添(tian)加(jia)劑(ji)。

（a）使用(yong)四(si)硫(liu)富(fu)瓦(wa)烯衍生物（TTF-1）和環二芴(wu)（spiro-OmetaD）作(zuo)為空穴傳輸(shu)材(cai)料的兩(liang)種電池的穩定性(xing)對比；

（b）添加PDPPDBTE電(dian)池與原材料電(dian)池的穩(wen)定(ding)性對比；

（c）采用不同的(de)摻雜劑后(hou)電池的(de)穩定性；

（d）不同XTHSI在3個月后的電池效率變化（其中X代表(biao)金(jin)屬元素（如(ru)Li，Co，Ir），THIS代表(biao)二（酰基三氟甲烷）酰亞胺）。

在(zai)第二類方法中(zhong)，p型添加劑的(de)引入可(ke)(ke)提(ti)高(gao)(gao)載(zai)流子濃度，進而(er)減少串(chuan)聯電(dian)阻(zu)及(ji)界面處的(de)電(dian)荷傳輸阻(zu)抗.目(mu)前(qian)效果(guo)較理想的(de)摻雜劑是(shi)LiTFSI（鋰基二（酰基三(san)氟甲烷）酰亞胺）。但在(zai)含氧(yang)環境中(zhong)，氧(yang)氣會消耗空(kong)穴傳輸層和TiO2表面的(de)鋰離子，使光電(dian)流降低(di)、電(dian)阻(zu)升高(gao)(gao)，降低(di)電(dian)池的(de)穩定性，因(yin)此尋找(zhao)更好的(de)添加劑不僅(jin)可(ke)(ke)以起到提(ti)高(gao)(gao)效率的(de)效果(guo)，還可(ke)(ke)以進一步提(ti)高(gao)(gao)穩定性.利用其他元素來替換金(jin)屬Li是(shi)目(mu)前(qian)研究的(de)熱(re)點之一。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于含鉛(qian)材料對環境的(de)(de)不友好性，研究者們(men)在(zai)努力實(shi)現(xian)無鉛(qian)化，但相(xiang)應會帶(dai)來(lai)電池(chi)轉換(huan)效率的(de)(de)降低.最(zui)直接的(de)(de)方(fang)法(fa)是利用(yong)同(tong)族元素（如(ru)Sn）來(lai)代(dai)替(ti)Pb元素。在(zai)MAXI3材料中，CH3NH3SnI3的(de)(de)能(neng)隙(xi)僅為1.3eV，遠(yuan)低于CH3NH3PbI3的(de)(de)1.55eV，可(ke)以(yi)使吸(xi)(xi)收光(guang)(guang)譜(pu)發生紅(hong)移(yi)。采用(yong)CsSnI3作為光(guang)(guang)吸(xi)(xi)收材料，并加入(ru)SnF2作為添(tian)加劑(ji)也以(yi)減少缺陷密度，提(ti)高載流子濃度，進而提(ti)高電池(chi)效率。這兩種替(ti)代(dai)的(de)(de)吸(xi)(xi)收材料的(de)(de)吸(xi)(xi)收光(guang)(guang)譜(pu)發生明(ming)顯紅(hong)移(yi)，可(ke)以(yi)吸(xi)(xi)收更(geng)寬波段的(de)(de)入(ru)射光(guang)(guang)。

從解(jie)(jie)決環境污(wu)染但又(you)不(bu)犧牲電池(chi)轉換效率(lv)的角度出發，Chen等(deng)人提(ti)出了(le)另一種思路，即回收汽車(che)電池(chi)來提(ti)供鉛(qian)(qian)源。由于汽車(che)電池(chi)中的鉛(qian)(qian)源具(ju)有相同的材(cai)料特性(xing)（如晶(jing)體(ti)結構、形(xing)貌、吸光性(xing)和光致發電性(xing)能(neng)）和光電性(xing)能(neng)，既提(ti)供了(le)鈣鈦礦材(cai)料制備所需的鉛(qian)(qian)源，又(you)解(jie)(jie)決了(le)廢舊含鉛(qian)(qian)電池(chi)無法妥善處理的問題，因此具(ju)有一定的實(shi)際應(ying)用價值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也存在(zai)一(yi)些亟(ji)需突破的(de)(de)(de)問(wen)題。首先(xian)，人們大(da)多專注于從不(bu)同的(de)(de)(de)角度改進材(cai)料和制(zhi)(zhi)備方法來提(ti)(ti)(ti)高電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)，但(dan)始終沒有建立起完備的(de)(de)(de)理論模型來解釋電(dian)(dian)池轉(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)提(ti)(ti)(ti)高的(de)(de)(de)原因(yin)，難以得到一(yi)個準確可(ke)靠的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)理論上限。其次(ci)，如(ru)何兼顧提(ti)(ti)(ti)高穩(wen)定(ding)性和轉(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)是(shi)目前(qian)的(de)(de)(de)一(yi)個難點(dian)。鈣(gai)鈦礦太陽能(neng)電(dian)(dian)池對(dui)水蒸氣和氧氣非常敏感(gan)，盡管(guan)目前(qian)已經出現穩(wen)定(ding)性長達(da)4個月的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池，但(dan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)僅(jin)有12%，相比傳統晶硅(gui)電(dian)(dian)池（壽命(ming)可(ke)達(da)25年），依然(ran)有較大(da)差(cha)距(ju)(ju)。再次(ci)，如(ru)何實現鈣(gai)鈦礦太陽能(neng)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)大(da)面(mian)積(ji)連續制(zhi)(zhi)備也是(shi)現在(zai)面(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)一(yi)個重要(yao)問(wen)題。在(zai)實驗(yan)室所制(zhi)(zhi)得的(de)(de)(de)器件的(de)(de)(de)尺寸僅(jin)有幾(ji)厘米(mi)大(da)小，與(yu)滿足(zu)產業化需求還(huan)有距(ju)(ju)離。最后，如(ru)何避免使用(yong)鉛等對(dui)環境不(bu)友好的(de)(de)(de)重金屬同時兼顧高的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)也是(shi)目前(qian)面(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)重大(da)挑戰。

目前用其他元素替(ti)換(huan)鉛通常(chang)要以降低電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)效(xiao)率(lv)為代價，尋找更合(he)理(li)的(de)(de)(de)(de)方式解決含鉛帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)環境問題(ti)，使(shi)鈣鈦(tai)(tai)礦太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)可回收、可再生(sheng)，對實(shi)際(ji)產業化(hua)同樣(yang)重要。基于此，通過改善鈣鈦(tai)(tai)礦層與其他傳導層間的(de)(de)(de)(de)界面性能(neng)，尋找更高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子/空(kong)穴傳輸材料(liao)，電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)轉換(huan)效(xiao)率(lv)仍有非常(chang)大的(de)(de)(de)(de)提(ti)升(sheng)空(kong)間，同時也(ye)可以使(shi)太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性得(de)到改善。實(shi)現(xian)鈣鈦(tai)(tai)礦材料(liao)的(de)(de)(de)(de)無(wu)鉛化(hua)，也(ye)成為鈣鈦(tai)(tai)礦太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)最終能(neng)否(fou)被公眾接受、實(shi)現(xian)廣泛應用的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)因素之(zhi)一。