钙钛矿材料
钙钛矿是由钛酸钙(化学式CaTiO)组成的钙钛氧化物矿物。钙钛矿具有近立方结构，通式为ABO3。通常钙钛矿化合物具有化学式 ABX3，其中“A”和“B”代表阳离子，X 是与两者结合的阴离子。 大量不同的元素可以结合在一起形成钙钛矿结构。 利用这种成分的灵活性，科学家们可以设计出具有多种物理、光学和电学特性的钙钛矿晶体。 如今，钙钛矿晶体已在超声波机器、存储芯片以及现在的太阳能电池中发现。
钙钛矿晶体结构示意图
钙钛矿的潜在应用多种多样，包括用于传感器和催化剂电极、某些类型的燃料电池、太阳能电池、激光器、存储设备和自旋电子学应用。
钙钛矿的清洁能源应用
所有光伏太阳能电池都依赖于半导体——介于玻璃等电绝缘体和铜等金属导体之间的材料——将能量从光转化为电能。来自太阳的光激发半导体材料中的电子，这些电子流入导电电极并产生电流。
自 1950 年代以来，硅一直是太阳能电池中使用的主要半导体材料，因为它的半导体特性与太阳光线的光谱非常吻合，而且相对丰富且稳定。然而，传统太阳能电池板中使用的大硅晶体需要使用大量能源的昂贵的多步骤制造工艺。在寻找替代品的过程中，科学家们利用钙钛矿的可调谐性来制造具有与硅相似特性的半导体。钙钛矿太阳能电池可以使用简单的添加剂沉积技术(如印刷)制造，成本和能源只是其中的一小部分。由于钙钛矿的成分灵活性，它们也可以调整为与太阳光谱完美匹配。
2012 年，研究人员首次发现了如何使用卤化铅钙钛矿作为光吸收层来制造稳定的薄膜钙钛矿太阳能电池，其光光子到电子的转换效率超过 10%。从那时起，钙钛矿太阳能电池的太阳光到电能的转换效率直线上升，实验室记录达到了 25.2%。研究人员还将钙钛矿太阳能电池与传统的硅太阳能电池相结合——这些“硅上钙钛矿”串联电池的效率目前为 29.1%(超过传统硅电池 27% 的记录)，并迅速上升。随着电池效率的迅速提高，钙钛矿太阳能电池和钙钛矿串联太阳能电池可能很快成为传统硅太阳能电池的廉价、高效替代品。
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