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鈣鈦礦（鈦酸鈣，CaTiO3）是地球上較為豐富的礦物之一，它是德國(guó)地質(zhì)學(xué)家在170多年前發(fā)現(xiàn)的，直到較為近它才被廣泛用作電介質(zhì)（中文譯者說明：早期的鈣鈦礦（CaTiO3）與當(dāng)下光伏應(yīng)用的鈣鈦礦（例如 MaPbI3）只是有共同的晶體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成元素完全不同，物理化學(xué)性質(zhì)完全不同）。當(dāng)太陽(yáng)能電池誕生時(shí)，鈣鈦礦電池（這里應(yīng)該是指MAPbI3）沒有被考慮用于它們的制造。原因是無法在發(fā)電過程中實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即使在今天，這也是一項(xiàng)艱巨的工程任務(wù)。

鈣鈦礦的電性能

隨著薄膜技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)鈣鈦礦作為光伏半導(dǎo)體的興趣僅在21世紀(jì)才出現(xiàn)。較早的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（MAPbI3, FAPbI3等）的電荷轉(zhuǎn)移并不比硅制成的“經(jīng)典”差。但在這種情況下，在一定厚度上實(shí)現(xiàn)了相同數(shù)量輻射的比吸收：

• 硅片 – 180 微米;

• 鈣鈦礦薄膜 – 1 微米。

  
  

原因被證明是不顯眼的礦物吸收光譜的大有效寬度的大約相同倍。此外，鈣鈦礦的商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)更便宜，更容易生產(chǎn)。

為什么鈣鈦礦太陽(yáng)能電池板今天還沒有將硅趕出市場(chǎng)？原因在于這種材料的一些物理和技術(shù)特征。

鈣鈦礦的缺點(diǎn)和尋找消除鈣鈦礦缺點(diǎn)的方法

在晶格中，它們以特殊的方式排列，這決定了材料在各種電化學(xué)反應(yīng)過程中行為的物理化學(xué)性質(zhì)。

從這種非常有前途的半導(dǎo)體獲得能量的主要問題是其結(jié)構(gòu)在高溫影響下迅速失去穩(wěn)定性。

這個(gè)缺點(diǎn)只能通過一種方式消除 - 重新排列物質(zhì)層內(nèi)的分子排列。這個(gè)過程仍在繼續(xù)，結(jié)構(gòu)的每一次新修改都變得越來越穩(wěn)定，太陽(yáng)能鈣鈦礦元件——更高效。

光伏電池改進(jìn)的近似動(dòng)力學(xué)如下：

在尋找解決方案的過程中，工程師找到了另一種折衷解決方案，以利用鈣鈦礦的獨(dú)特性能。這就是疊層電池的誕生方式，其中一層鈣鈦礦與一層電活性硅并行工作。

在 2021 年，此類電池的原型電池顯示出 26.3% 的效率，產(chǎn)業(yè)化電池的效率為 23-25%。

同時(shí)，根據(jù)計(jì)算，在不損失操作特性的情況下，結(jié)構(gòu)完整性應(yīng)保持3至5年。由于生產(chǎn)價(jià)格低了幾倍，這已經(jīng)使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池板成為現(xiàn)有產(chǎn)品非常有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。