晶體鈣鈦礦電池是尖端薄膜太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵。盡管它們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到了很高的效率水平，但由于材料太不穩(wěn)定，阻礙了商業(yè)應(yīng)用。此外，鈣鈦礦沒有可靠的工業(yè)生產(chǎn)工藝。

在《物理化學(xué)快報(bào)》上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，馬丁·路德大學(xué)的物理學(xué)家們提出了一種可以解決這個(gè)問(wèn)題的方法。它們還詳細(xì)描述了鈣鈦礦的形成和衰變過(guò)程。研究結(jié)果將有助于未來(lái)生產(chǎn)高性能的太陽(yáng)能電池。

2009年，研究人員首次證明具有特殊鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)化合物是很好的吸收劑，可以有效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。在短短幾年內(nèi)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率在實(shí)驗(yàn)室里提高到20%以上。

MLU的物理學(xué)家、該研究的主要作者保羅·皮斯托爾(PaulPistor)博士說(shuō):“盡管現(xiàn)代單晶硅太陽(yáng)能電池的價(jià)值略高一些，但它們的制造難度要大得多，而且開發(fā)的時(shí)間也長(zhǎng)得多。”然而，目前還沒有市場(chǎng)上現(xiàn)成的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，因?yàn)闆]有大規(guī)模生產(chǎn)鈣鈦礦的既定工藝。

此外，薄晶體層不穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境影響敏感。高溫或潮濕會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦分解，失去將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的能力。然而，太陽(yáng)能電池必須承受高溫，因?yàn)樗鼈冮L(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下。

在他們的研究中，來(lái)自哈雷的物理學(xué)家研究了一種特殊的無(wú)機(jī)鈣鈦礦，它由銫、鉛、溴或碘組成。他們沒有使用通常的濕法化學(xué)工藝生產(chǎn)鈣鈦礦，而是采用了一種已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)薄層和一系列組件的工藝。在真空室中，前驅(qū)物質(zhì)被加熱直到蒸發(fā)。然后鈣鈦礦凝結(jié)在較冷的玻璃基板上，形成一層薄薄的晶體層。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)過(guò)程的每一部分都可以很好地控制。通過(guò)這種方法，這些層的生長(zhǎng)非常均勻，晶體的厚度和成分可以很容易地調(diào)整。因此，他的團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)出鈣鈦礦層，其基礎(chǔ)是銫，直到它們達(dá)到360攝氏度的溫度才分解。利用尖端的x射線分析，研究人員還實(shí)時(shí)分析了晶體的生長(zhǎng)和衰變過(guò)程。

研究結(jié)果為鈣鈦礦的潛在性質(zhì)提供了重要的見解，并指出了一種可能適用于現(xiàn)代基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池技術(shù)工業(yè)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。