隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽(yáng)能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能能發(fā)電，這就促進(jìn)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展。

據(jù)外媒報(bào)道，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池雖然在效率方面正迅速趕上其硅前輩，但在生產(chǎn)速度方面仍非常落后。現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的新方法，其速度可達(dá)每分鐘40英尺(12米)，這樣的速度甚至比硅還快。

轉(zhuǎn)換效率是衡量太陽(yáng)能電池性能最重要的指標(biāo)，目前得到認(rèn)證的最高電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20.1%(圖3)。 限制太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率提升的瓶頸在于入射光的大部分能量被反射或者透射損耗掉， 而只有與吸光層材料能隙相近的光才能被吸收轉(zhuǎn)化為電能。 因此， 提高電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵在于改善電池的能帶結(jié)構(gòu)。 除了上文中提到的通過(guò)調(diào)控鈣鈦礦材料中的離子基團(tuán)來(lái)調(diào)節(jié)能隙， 制備出不同能隙的多結(jié)太陽(yáng)能電池也是該領(lǐng)域研究的重要方向之一。

從2009年到2015年的短短6年間，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下子躍升至20.3%，提高了5倍多。其效率進(jìn)步之快，以至于被《科學(xué)》期刊評(píng)為2013年的10大科學(xué)突破之一。當(dāng)前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的學(xué)術(shù)研究仍然十分活躍，其產(chǎn)業(yè)化前景也十分看好，但實(shí)用化技術(shù)的研究成果尚待突破。

目前，太陽(yáng)能電池市場(chǎng)85%的市場(chǎng)份額由晶體硅太陽(yáng)能電池占據(jù)，晶體硅價(jià)格高昂，光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展由此受到制約。

數(shù)十年來(lái)，硅一直主宰著太陽(yáng)能電池市場(chǎng)，但近年來(lái)，這一王冠有被奪走的危險(xiǎn)。其中增長(zhǎng)最快的新產(chǎn)品則就是鈣鈦礦，它的效率從2009年的不到4%上升到了今年早些時(shí)候的20%--接近硅的25%。另外，它的生產(chǎn)成本也可能比硅更低、更節(jié)能。

轉(zhuǎn)換效率發(fā)展速度快——6年時(shí)間從3.8%升到20.3%，而2013年11月美國(guó)科學(xué)家在最新研究中發(fā)現(xiàn)，新式鈣鈦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)50%，為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，這說(shuō)明了它還有很大的發(fā)展?jié)摿? 電池制作工藝簡(jiǎn)單——實(shí)驗(yàn)室中常采用液相沉積、氣相沉積工藝、液相/氣相混合沉積工藝;

有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料在潮濕環(huán)境和光照條件下穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生分解而造成電池效率下降甚至失效，因此除不斷提升轉(zhuǎn)換效率外，目前很多研究也致力于提高太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。 鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性受到溫度、濕度等多種環(huán)境因素的制約。 改善鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性有兩種思路： 一種是提高鈣鈦礦材料本身的穩(wěn)定性，另一種是尋找合適的傳輸層材料使電池與環(huán)境隔絕，抑制鈣鈦礦材料的分解。

薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低廉，尤其鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池由現(xiàn)成材料制成，具有廣泛的應(yīng)用前景，但該類(lèi)電池的產(chǎn)業(yè)化瓶頸是光電轉(zhuǎn)化效率偏低，現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)是提高其光電轉(zhuǎn)換效率。

當(dāng)然，鈣鈦礦并不是完美的。它遠(yuǎn)不如硅那么穩(wěn)定，所以批量生產(chǎn)需要手工操作，并且在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)缺陷從而導(dǎo)致電池在元素中降解得更快。

材料有毒——鈣鈦礦電池材料含有鉛，不過(guò)鉛跟其他類(lèi)型電池含有的砷、鎵、碲、鎘相比，簡(jiǎn)直就是小巫見(jiàn)大巫。而美國(guó)西北大學(xué)也已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，不過(guò)這種電池的轉(zhuǎn)換效率還只有6%，而且材料非常不穩(wěn)定，目前處于研發(fā)初級(jí)階段;

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也存在一些亟需突破的問(wèn)題。 首先， 人們大多專(zhuān)注于從不同的角度改進(jìn)材料和制備方法來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率， 但始終沒(méi)有建立起完備的理論模型來(lái)解釋電池轉(zhuǎn)換效率提高的原因， 難以得到一個(gè)準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)換效率的理論上限。 其次， 如何兼顧提高穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率是目前的一個(gè)難點(diǎn)。 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)水蒸氣和氧氣非常敏感，盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)穩(wěn)定性長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的電池， 但效率僅有12%， 相比傳統(tǒng)晶硅電池(壽命可達(dá)25年)， 依然有較大差距。 再次，如何實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的大面積連續(xù)制備也是現(xiàn)在面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室所制得的器件的尺寸僅有幾厘米大小，與滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)化需求還有距離。 最后， 如何避免使用鉛等對(duì)環(huán)境不友好的重金屬同時(shí)兼顧高的轉(zhuǎn)換效率也是目前面臨的重大挑戰(zhàn)。 目前用其他元素替換鉛通常要以降低電池效率為代價(jià)， 尋找更合理的方式解決含鉛帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題， 使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可回收、可再生， 對(duì)實(shí)際產(chǎn)業(yè)化同樣重要。基于此，通過(guò)改善鈣鈦礦層與其他傳導(dǎo)層間的界面性能， 尋找更高效的電子/空穴傳輸材料， 電池轉(zhuǎn)換效率仍有非常大的提升空間， 同時(shí)也可以使太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性得到改善。實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦材料的無(wú)鉛化， 也成為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最終能否被公眾接受、實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

以上就是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展概況，目前太陽(yáng)能還未能更好被人類(lèi)利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟?lèi)的能源夠人類(lèi)發(fā)展所需。