鈣钛礦在創造太陽能電池闆方面有很大的潛力，可以很容易地沉積在大多數表面上，包括柔性和紋理的表面。這些材料的生産成本也很低，重量輕，而且與今天主要是矽的領先光伏材料一樣高效。鑒于它們的巨大潛力，它們是越來越多研究和投資的對象。然而，希望利用其潛力的公司必須在鈣钛礦太陽能電池具有商業競争力之前解決一些重大障礙。

矽和碲化镉是光伏領域的另外兩個主要“競争者”，指的是特定的材料。另一方面，術語鈣钛礦指的是整個化合物家族，此類氧化物最早被發現，是存在于鈣钛礦石中的钛酸鈣化合物。這種礦物于1839年被發現，并以俄羅斯地質學家列夫 · 佩羅夫斯基 ( Lev Perovski )的名字命名。

钛酸鈣（CaTiO3）是原始礦物鈣钛礦，有一個獨特的晶體構造。它有一個三部分結構，其組成部分已被标記為A、B和X，其中不同成分的晶格是交錯的。鈣钛礦家族由許多可能的元素或分子組合組成，這些元素或分子可以占據這三部分中的每一部分，并形成與原始鈣钛礦本身類似的結構。

“你可以将原子和分子混合并匹配到結構中，但有一些限制。例如，如果你試圖把一個太大的分子塞進結構中，你會使它變形。最終，你可能會導緻三維晶體分離成二維分層結構，或完全失去有序的結構，”麻省理工學院機械工程教授兼光伏研究實驗室主任Tonio Buonassisi說。“鈣钛礦是高度可調控的，就像一種建造你自己的冒險類型的晶體結構。”

這種交錯格子的結構由離子或帶電分子組成，其中兩個（A和B）帶正電，另一個（X）帶負電。通常情況下，A和B離子的大小相當不同，A離子更大。

在整個鈣钛礦類别中，有許多類型，包括金屬氧化物鈣钛礦，它們已在催化和能源儲存和轉換中找到應用，如燃料電池和金屬空氣電池。但據Buonassisi說，十多年來，研究活動的一個主要焦點是鹵化鉛鈣钛礦。

在這一類别中，仍有大量的可能性，世界各地的實驗室正在進行繁瑣的工作，試圖找到在效率、成本和耐用性方面表現最佳的變體--迄今為止，這是最具有挑戰性的三者。

許多團隊還專注于消除鉛的使用的變化，以避免其對環境的影響。然而，Buonassisi指出，“随着時間的推移，鉛基設備的性能不斷提高，而其他成分在電子性能方面都沒有接近。”探索替代品的工作仍在繼續，但就目前而言，沒有一個能與鹵化鉛版本競争。

Buonassisi說，鈣钛礦提供的巨大優勢之一是它們對結構中的缺陷有很大的容忍度。與矽不同的是，矽需要極高的純度才能在電子設備中發揮良好的作用，而鈣钛礦即使存在許多缺陷和雜質也能正常工作。

為鈣钛礦尋找有前景的新候選成分有點像大海撈針，但最近研究人員想出了一個機器學習系統，可以大大簡化這一過程。作為該研究的共同作者之一Buonassisi說，這種新方法可能會導緻新替代品的開發速度大大加快。

雖然鈣钛礦繼續顯示出巨大的前景，而且一些公司已經在準備開始一些商業生産，但耐久性仍然是它們面臨的最大障礙。雖然矽太陽能電池闆在25年後還能保持90%的電力輸出，但鈣钛礦的降解速度要快得多。已經取得了很大的進展--最初的樣品隻持續了幾個小時，然後是幾周或幾個月，但較新的配方的可用壽命長達幾年，适合于一些對壽命不重要的應用。

Buonassisi說，從研究的角度來看，鈣钛礦的一個優點是它們在實驗室裡相對容易制造--化學成分很容易組裝起來。但這也是它們的缺點：“這種材料在室溫下很容易組合在一起。但它在室溫下也很容易分離。來得容易，去得也容易！”

為了處理這個問題，大多數研究人員專注于使用各種保護材料來封裝鈣钛礦，保護它不暴露在空氣和水分中。但其他研究人員正在研究導緻這種降解的确切機制，希望能找到本質上更堅固的配方或處理方法。一個關鍵的發現是，一個被稱為自催化的過程在很大程度上要歸咎于這種分解。

在自催化過程中，一旦材料的一個部分開始降解，其反應産物就會作為催化劑開始降解結構的鄰近部分，并開始進行失控反應。在對其他一些電子材料的早期研究中也存在類似的問題，如有機發光二極管（OLED），并最終通過對原材料增加額外的淨化步驟而得到解決，所以在鈣钛礦的情況下可能會找到類似的解決方案，Buonassisi建議。

Buonassisi和他的合作研究人員最近完成了一項研究，表明一旦鈣钛礦達到至少十年的可用壽命，由于其較低的初始成本，将足以使其在經濟上可行，成為大型公用事業規模太陽能農場的矽替代品。

他說，總體而言，鈣钛礦的開發進展令人印象深刻，令人鼓舞。他說：“通過短短幾年的工作，它已經實現了與碲化镉相當的效率。碲化镉存在的時間更長，但仍在努力實現這一水平。在這種新材料中達到這些更高的性能的容易程度幾乎令人目瞪口呆。比較為實現1%的效率改進所花費的研究時間，鈣钛礦的進展比碲化镉的進展快100到1000倍。這就是它如此令人興奮的原因之一。”

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