利用來自太陽系中心發(fā)出巨大能量的太陽能，是實現(xiàn)可持續(xù)能源供應的關(guān)鍵目標之一。

光能可以使用稱為太陽能電池的電子設(shè)備直接轉(zhuǎn)換為電能。迄今為止，大多數(shù)太陽能電池都是由硅制成的，這種材料非常適合吸收光線。但硅板的生產(chǎn)成本很高。

科學家們一直在研究一種由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的替代品。真正的鈣鈦礦是一種在地球上發(fā)現(xiàn)的礦物質(zhì)，由鈣，鈦和氧以特定的分子排列組成。具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料稱為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)作為太陽能電池的光捕獲活性層工作良好，因為它們有效地吸收光，但比硅便宜得多。它們也可以使用相對簡單的設(shè)備集成到設(shè)備中。例如，它們可以溶解在溶劑中并直接噴涂到基材上。

由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的材料可能會徹底改變太陽能電池器件，但它們具有嚴重的缺點：它們通常非常不穩(wěn)定，在暴露于熱量時會惡化。這阻礙了他們的商業(yè)潛力。

由Yabing Qi教授領(lǐng)導的沖繩科學技術(shù)研究生院(OIST)的能源材料和表面科學部門開發(fā)出使用新型鈣鈦礦材料的設(shè)備，該材料穩(wěn)定，高效且相對便宜，為生產(chǎn)鋪平了道路用于明天的太陽能電池。他們的工作最近發(fā)表在Advanced Energy Materials上。博士后學者賈良博士和劉宗浩博士為這項工作做出了重要貢獻。

這種材料有幾個關(guān)鍵特征。首先，它是完全無機的 - 一個重要的轉(zhuǎn)變，因為有機成分通常不耐熱并且在加熱下會降解。由于太陽能電池在陽光下會變得非常熱，因此熱穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過用無機材料代替有機部件，研究人員使鈣鈦礦太陽能電池更加穩(wěn)定。

“光照300小時后，太陽能電池幾乎沒有變化，”該報的作者Zonghao Liu博士說。

然而，全無機鈣鈦礦太陽能電池往往比有機 - 無機雜化物具有更低的光吸收。這是第二個特征的來源：OIST研究人員用錳摻雜新細胞以改善其性能。錳改變了材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高了其光捕獲能力。

“就像你在菜中添加鹽來改變其味道一樣，當我們添加錳時，它會改變太陽能電池的性質(zhì)，”劉說。

第三，在這些太陽能電池中，在太陽能電池和外部電線之間傳輸電流的電極由碳制成，而不是由通常的金制成。這種電極顯著更便宜且更容易生產(chǎn)，部分原因是它們可以直接印刷到太陽能電池上。另一方面，制造金電極需要高溫和專業(yè)設(shè)備，例如真空室。

在鈣鈦礦太陽能電池變得像硅太陽能電池一樣具有商業(yè)可行性之前，仍然存在許多挑戰(zhàn)需要克服。例如，雖然鈣鈦礦太陽能電池可以使用一到兩年，但硅太陽能電池可以使用20年。

Qi和他的同事們繼續(xù)研究這些新電池的效率和耐用性，并且正在開發(fā)商業(yè)規(guī)模的電池制造工藝。鑒于該技術(shù)自2009年首次報道鈣鈦礦太陽能電池以來發(fā)展速度有多快，這些新電池的未來前景一片光明。