光伏轉(zhuǎn)換被認(rèn)為是對能源需求增長的最終解決方案，然而傳統(tǒng)的硅基太陽能電池的生產(chǎn)成本很高，而且生產(chǎn)本身也需要大量的能源消耗。另一方面，基于鈣鈦礦的新型混合有機-無機太陽能電池不僅成本低廉，而且具有靈活性，因此被廣泛應(yīng)用于最有前景的下一代光伏轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。
自2009年首次報道以來，在短短7年時間里，鈣鈦礦太陽能電池的光伏轉(zhuǎn)換效率從3.81%飆升至22.1%，這一前所未有的增長推動了全球?qū)π履茉葱视涗浀淖非蟆Ｈ欢?，在過去的兩年里，盡管距離預(yù)測的理論極限為31%，鈣鈦礦太陽能電池效率的增長速度還是大大減慢。因此，研究人員正在探索進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽能電池性能的新策略。
目前的鈣鈦礦太陽能電池是基于多晶硅的CH3NH3PbI3薄膜的，因此不可避免地有許多影響設(shè)備性能的晶粒和晶界缺陷。研究人員已經(jīng)努力生產(chǎn)出大量的CH3NH3PbI3晶體，它展示了特殊的光伏性能，如長時間的擴(kuò)散長度和光能生成的電荷載體的壽命，但事實證明，在鈣鈦礦的太陽能電池體系結(jié)構(gòu)中，大量晶體的集成具有挑戰(zhàn)性。
現(xiàn)在，科研人員成功地將單晶CH3NH3PbI3薄膜直接在電子采集FTO/TiO2襯底上，如圖1所示。他們利用溫度梯度和毛細(xì)管效應(yīng)在生長過程中，使他們能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的單晶薄膜緊密集成在FTO/TiO2上。這證明，F(xiàn)TO/TiO2是用于鈣鈦礦太陽能電池的最廣泛應(yīng)用的電子收集襯底，使后續(xù)的設(shè)備制造直接
實際上，單晶CH3NH3PbI3薄膜顯示出優(yōu)異的光伏性能。與多晶硅薄膜相比，在單晶CH3NH3PbI3薄膜中，時間分辨的光致發(fā)光具有較長的載體壽命，如圖2(a)所示。當(dāng)一個TiO2電子收集層加入FTO玻璃時，由于TiO2/鈣鈦礦界面的有效電子提取，電荷載體的壽命大幅下降。
結(jié)果顯示，該設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換效率為8.78%，這是迄今為止所報告的單晶鈣鈦礦太陽能電池的最高水平。研究小組表示，該系統(tǒng)有很大的改進(jìn)空間，而且隨著材料和設(shè)備的不斷優(yōu)化，他們相信，在可預(yù)見的未來，單晶的鈣鈦礦太陽能電池將與多晶硅相匹敵。
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