鈣鈦礦是具有通式ABX3結(jié)構(gòu)的一類化合物，其名稱源自于同名礦物鈣鈦礦（CaTiO3）。除了CaTiO3外，還有BiFeO3、CsPbI3等也具有這一結(jié)構(gòu)。

1839年，在烏拉爾山脈，俄羅斯礦物學(xué)家、古斯塔夫·羅斯（Gustav Rose）遇到了具有迷人晶體結(jié)構(gòu)的鈣和鈦氧化物，并以俄羅斯貴族列夫·佩羅夫斯基（Lev Perovski）的名字命名。所以鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)在英文里稱為Perovskite。

鈣鈦礦現(xiàn)在是指與原始晶格共享的一系列材料。在日本科學(xué)家宮坂勉（Tsutmu Miyasaka）發(fā)現(xiàn)某些鈣鈦礦是有效的光吸收劑之后，對(duì)這種礦物的興趣在2009年開始增加。

由牛津大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)多機(jī)構(gòu)研究人員的團(tuán)隊(duì)，將他們的科學(xué)焦點(diǎn)聚焦在了這個(gè)將近兩個(gè)世紀(jì)前發(fā)現(xiàn)的具有晶體結(jié)構(gòu)的材料上。

他們認(rèn)為基于金屬和鹵素的鈣鈦礦非常有用，具有巨大的潛力，因?yàn)槠涔夥姵氐闹圃斐杀荆赡鼙茸?950年代問(wèn)世以來(lái)一直占有市場(chǎng)的硅基電池將要便宜得多，有足夠的潛力也許有一天會(huì)顯著地挖掘化石燃料在能源領(lǐng)域的份額。

他們的研究成果發(fā)表了三篇論文，在物理通訊和物理化學(xué)快報(bào)期刊上兩篇有關(guān)鈣鈦礦穩(wěn)定性的最新論文，以及今天在《科學(xué)》上發(fā)表的一篇論文，加深了對(duì)這種有前途的半導(dǎo)體的理解，

通過(guò)研究，他們發(fā)現(xiàn)，一種分子添加劑（一種基于有機(jī)化合物哌啶的鹽）極大地提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的壽命。

研究人員表示：“由于鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的低成本，它們有可能削弱化石燃料并徹底改變能源市場(chǎng)?！?“然而，這種新型材料的一個(gè)鮮為人知的方面是它們?cè)诤愣ㄕ彰飨碌姆€(wěn)定性。”在過(guò)去的兩年中，研究小組建立了獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以研究太陽(yáng)能材料的電導(dǎo)隨時(shí)間的變化。

研究證明了即使在沒(méi)有電接觸的情況下，光致不穩(wěn)定性也會(huì)持續(xù)數(shù)小時(shí)。這些發(fā)現(xiàn)有助于澄清在太陽(yáng)能電池中觀察到的類似結(jié)果，并成為提高鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和商業(yè)可行性的關(guān)鍵。

太陽(yáng)能電池效率的定義是，太陽(yáng)光照射到電池后轉(zhuǎn)換為可用電能的功率百分比。70多年前，貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了第一個(gè)實(shí)用的太陽(yáng)能電池。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，它的效率僅為6％，而且制造成本很高，但它為在太空探索初期誕生的衛(wèi)星提供了動(dòng)力。

隨著時(shí)間的流逝，即使大多數(shù)電池變化不大，但制造成本逐漸降低，效率提高，但仍然由兩層幾乎純凈的硅組成，摻有添加劑，吸收光、利用光中的能量在它們之間的交界處產(chǎn)生電流。

2012年，牛津大學(xué)的Henry Snaith做出了突破性的發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦可以用作太陽(yáng)能電池的主要成分，而不僅僅是用作敏化劑。這引發(fā)了研究活動(dòng)的狂潮，每年就該主題發(fā)表數(shù)千篇科學(xué)論文。經(jīng)過(guò)八年的研究，鈣鈦礦電池現(xiàn)在可以以25％的效率運(yùn)行，至少在實(shí)驗(yàn)室中與商用硅電池相當(dāng)。

鈣鈦礦電池可以由通常可得的工業(yè)化學(xué)品和金屬廉價(jià)地制造，并且可以印刷在塑料的柔性膜上并大量生產(chǎn)。相反，硅電池是剛性的，由昂貴的高溫工藝由幾乎純硅的薄晶片制成。

另一方面，鈣鈦礦對(duì)缺陷的耐受性很高。它可以溶解在溶劑中，然后在接近室溫的條件下印刷。這意味著它們最終可能僅以硅的一小部分成本生產(chǎn)。

鈣鈦礦的一個(gè)問(wèn)題是它們?cè)跍囟壬邥r(shí)趨于不穩(wěn)定的趨勢(shì)，另一個(gè)問(wèn)題是易受潮。對(duì)于需要在戶外持續(xù)使用兩到三十年的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。目前的硅技術(shù)對(duì)此非常有用。但是，硅必須在高于2，000攝氏度的高溫下昂貴地在受控條件下形成完美無(wú)缺陷的晶體。

為改進(jìn)這些材料的穩(wěn)定性，進(jìn)入市場(chǎng)的途徑之一是由硅和鈣鈦礦組成的串聯(lián)電池，可以將更多的陽(yáng)光光譜轉(zhuǎn)化為能量。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)串聯(lián)電池的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試產(chǎn)生了28％的效率。

串聯(lián)電池可能使太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)商提供的性能超出僅硅所能達(dá)到的任何性能。這樣的雙重方法可以幫助消除鈣鈦礦進(jìn)入市場(chǎng)的障礙。

半透明鈣鈦礦薄膜也可能有一天在窗戶或溫室中使用，將入射的部分陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，而其余部分則通過(guò)。

在發(fā)電方面，成本是最重要的因素。硅和鈣鈦礦現(xiàn)在顯示出大致相同的效率。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制造成本只是硅太陽(yáng)能電池的一小部分?？茖W(xué)家相信，這個(gè)大約200年前發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦，將可能是下一個(gè)太陽(yáng)能電池革命的顛覆者。