日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS)的納米材料科學(xué)環(huán)境基地(GREEN)于2015年1月7日在東京舉行了“第9屆納米材料科學(xué)環(huán)境基地研討會(huì)”，并在會(huì)上宣布，關(guān)于最近備受關(guān)注的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，已建立起了相關(guān)研發(fā)體制。

GREEN 副主任、鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池特別基地小組負(fù)責(zé)人宮野健次郎介紹了成立該小組的原委：“2009年鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的高效率化研究成果發(fā)表以后，尤其是最近兩年，世界各國(guó)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)接連發(fā)表了實(shí)現(xiàn)更高效率的研究成果，刮起了一陣研發(fā)旋風(fēng)。在這種背景下，2014年10月14日，我們?cè)?009年10月設(shè)立的GREEN中設(shè)立了鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池特別基地小組。”

GREEN是為了利用納米技術(shù)研發(fā)環(huán)境技術(shù)而設(shè)立的，一直把太陽(yáng)能電池作為綠色創(chuàng)新的重要技術(shù)，開(kāi)展光電轉(zhuǎn)換原理分析、光電轉(zhuǎn)換高效率化及探索新材料方面的研究。宮野稱：“鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池盡管制作方法簡(jiǎn)單，但卻顯示出一定程度的高發(fā)電效率，相關(guān)研究成果連接發(fā)表，高效率化還在繼續(xù)推進(jìn)。”與現(xiàn)在已推出產(chǎn)品的晶體及非晶Si(硅)類，以及CICS(化合物)類等太陽(yáng)能電池相比，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池“尚在研究開(kāi)發(fā)階段，因此設(shè)立了相關(guān)研發(fā)基地”。

目前，特別研究小組正在探索鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的代表—— 甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3，圖1)等太陽(yáng)能電池的制造方法。小組負(fù)責(zé)人白井康裕介紹說(shuō)：“我們?cè)诳紤]離子性晶體的化學(xué)方面的問(wèn)題的同時(shí)，使用通常的固體物性的研究方法和計(jì)測(cè)手段，對(duì)使用鹵化金屬鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池為何具有高效率等高性能發(fā)揮機(jī)制展開(kāi)了研究。”

鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池是在140℃以下的低溫下利用溶液工藝制作的。這種太陽(yáng)能電池目前采用的結(jié)構(gòu)是，在銀層上層疊鈣層、PCBM(富勒烯衍生物)層、甲基氨基碘化鉛層、PEDOT˙PSS(高分子聚合物)、ITO(銦錫氧化物)玻璃，從ITO玻璃層射入陽(yáng)光。“通過(guò)優(yōu)化溶液工藝等成膜條件，現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到10～12%，實(shí)現(xiàn)了良好再現(xiàn)性”(白井)。

在對(duì)研究小組試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池發(fā)電時(shí)的電流和電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一度存在電流及電壓特性因掃描方向及速度而異的問(wèn)題，但現(xiàn)在該問(wèn)題已得到解決。白井表示，“已經(jīng)確立了計(jì)測(cè)太陽(yáng)能電池的電流及電壓特性的基礎(chǔ)技術(shù)”。另外已確認(rèn)，即使連續(xù)照射光，也不會(huì)引起太陽(yáng)能電池的電流及電壓特性因掃描方法及速度而不同的現(xiàn)象。白井強(qiáng)調(diào)稱，這樣“便可驗(yàn)證多種鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的特征”，相關(guān)研究體制也就建立起來(lái)了。

另外，宮野介紹了試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，表示正在利用以標(biāo)準(zhǔn)pin結(jié)的“無(wú)機(jī)半導(dǎo)體模型”這一簡(jiǎn)單模型進(jìn)行近似的方法，提取各種參數(shù)。”