隨著關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的最新進(jìn)展頻繁見諸報(bào)端，鈣鈦礦太陽能電池正在走進(jìn)人們的視野，并被譽(yù)為太陽能產(chǎn)業(yè)的一匹“黑馬”。
鈣鈦礦，英文名perovskite，是一種普通的金屬有機(jī)化合物晶體，主要成分是鈦酸鈣（CaTiO3）。1839年德國礦物學(xué)家古斯塔夫-羅斯（GustavRose）在俄羅斯中部境內(nèi)的烏拉爾山脈上發(fā)現(xiàn)了一塊特殊的巖石樣本，于是決定以地質(zhì)學(xué)家LevPerovsk來命名。不過后來我們普遍指的鈣鈦礦電池（全稱：鈣鈦礦型甲胺鉛碘薄膜太陽能電池）并不是用這個(gè)礦石材料制成的，而是使用了與鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)相似的化合物。
（鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖）
鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)是ABX3的形式。這種結(jié)構(gòu)在每個(gè)角共享一個(gè)BX6正八面體，其中B是金屬陽離子（Sn2+或Pb2+），X是一價(jià)陰離子（Cl-，Br-或I-）。鈣鈦礦中的陽離子A被用來抵消電荷使材料達(dá)到電中性，它可以是半徑較大鹼金屬離子等，甚至可以是一個(gè)分子。
在薄膜太陽能電池日漸興起的今天，CIGS薄膜太陽能電池幾乎占據(jù)了大半個(gè)版面。但是作為太陽能電池家族中的一員，鈣鈦礦太陽能電池正在嶄露頭角。
鈣鈦礦自2009年以來開始被用于太陽能電池研究，并被世界各地的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)反復(fù)驗(yàn)證。從2009年到2014年的短短5年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下躍升至19.3%，提高了5倍。其效率進(jìn)步之快，成本之便宜，生產(chǎn)之容易，以至于被《科學(xué)》期刊評(píng)為2013年的10大科學(xué)突破之一。
2009年，日本桐蔭橫浜大學(xué)的宮坂力通過將薄薄的一層鈣鈦礦（CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3）當(dāng)做吸光層應(yīng)用于染料敏化太陽能電池，制造出了鈣鈦礦太陽能電池。當(dāng)時(shí)的光電轉(zhuǎn)換率為3.8%。后來研究者對(duì)電池進(jìn)行了改進(jìn)，轉(zhuǎn)換效率翻倍。雖然轉(zhuǎn)換效率提高了，但還要面對(duì)一個(gè)致命問題，即鈣鈦礦中的金屬鹵化物容易在電池的液體電解質(zhì)中發(fā)生水解，導(dǎo)致電池穩(wěn)定性低，壽命短。
2012年8月，由格拉茲爾領(lǐng)導(dǎo)的韓國成均館大學(xué)與洛桑理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室將一種固態(tài)的空穴傳輸材料（holetransportmaterials，HTM）引入太陽能電池，電池效率一下提高到了10%，也解決了電池不穩(wěn)定的問題，并比以前更容易封裝。
2013年，牛津大學(xué)的亨利-司奈斯將電池中的TiO2用鋁材（Al2O3）代替，鈣鈦礦不僅成為了光的吸收層，也同時(shí)是傳輸電荷的半導(dǎo)體材料。鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率一下攀升到15%。
