美國能源部(DOE)國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員報告說，鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)取得了重大突破，已接近其最高效率。

電池效率的提高歸功于一個新的化學(xué)式，同時也改善了太陽能電池的結(jié)構(gòu)和光電性能。

鈣鈦礦是指通過化學(xué)作用形成的晶體結(jié)構(gòu)。與硅材料制成的太陽能電池不同，鈣鈦礦電池具有柔韌性，預(yù)計制造成本更低。

隨著研究人員不斷改進(jìn)這項技術(shù)，鈣鈦礦太陽能電池的效率穩(wěn)步提高。大多數(shù)的研究工作都集中在鉛基鈣鈦礦上。高效率、低帶隙的鈣鈦礦可以制造非常高效的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池，其中每一層只吸收一部分太陽光譜，并優(yōu)化配置轉(zhuǎn)換成電能的光。然而，低帶隙鈣鈦礦長期以來由于巨大的能量損失和不穩(wěn)定性，限制了它們在串聯(lián)中的應(yīng)用。

NREL的科學(xué)家們通過替換鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的部分鉛原子來縮小帶隙，使新改進(jìn)的低帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率達(dá)到20.5%。

在鈣鈦礦太陽能電池中更換鉛可以縮小帶隙。但是，添加錫(sn)會產(chǎn)生其他問題。錫的快速結(jié)晶和氧化在錫基鈣鈦礦薄膜中產(chǎn)生針孔等缺陷。

利用鈣鈦礦層的串聯(lián)太陽能電池的理論最大效率可以超過30%。為了達(dá)到這個目的，低帶隙吸收層本身的效率必須在21%到23%之間?；阢U-錫混合物的太陽能電池的效率報告約為19%，相比之下，純鉛電池的效率為21%至24%。

為了抵消錫在混合物中的影響，NREL的科學(xué)家們引入了化合物GuaSCN。在發(fā)現(xiàn)7%的GuaSCN是顯著減少缺陷的最佳數(shù)量后，他們驗證了這些發(fā)現(xiàn)，以另一個關(guān)鍵的方式使太陽能電池更有效。太陽能電池利用光“激發(fā)”電子來發(fā)電。電子保持激發(fā)的時間越長，產(chǎn)生的電就越多?；瘜W(xué)改性后的新的低帶隙材料使電子保持激發(fā)狀態(tài)超過1微秒，比以前報道的時間長約5倍。

改進(jìn)的低帶隙單結(jié)太陽能電池以其20.5%的效率，與傳統(tǒng)的寬帶隙鈣鈦礦電池耦合。研究人員獲得了25%的效率四端和23.1%的效率兩端鈣鈦礦薄膜串聯(lián)電池。

NREL的研究資金來自美國能源部的SunShot計劃、太陽能技術(shù)辦公室和混合有機(jī)無機(jī)半導(dǎo)體能源中心。