出品：科学大院

　　作者：林风（南方科技大学）

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心 中国科普博览

　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所孔凡太研究团队在小分子有机空穴传输材料方面取得系列进展，相关研究结果分别发表在ChemSusChem、ElsevierDyes and Pigments，以及英国皇家化学会的RSC Advances上。

　　你可能想问，这项读起来很拗口的研究，究竟有什么用呢？

　　这种材料目前已经被证明在钙钛矿太阳能电池中有非常好的应用潜力。

　　等等！怎么又来一个拗口的，钙钛矿太阳能电池又是什么？

　　第三代太阳能电池

　　我们都知道，太阳能电池是一种可以直接把光能转化成电能的装置。在追求清洁能源的大背景下，它已经形成了相当大的产业规模。

　　实际上，太阳能电池的发展过程经历了三个阶段：

图1 各类太阳能电池。

（a）单晶硅太阳能电池；（b）薄膜太阳能电池；（c）钙钛矿太阳能电池。

　　第一代太阳能电池主要是基于单晶硅。

　　荒原上，沙漠中，大家印象中的太阳能电池板，通常都是用这类晶体硅材料制成的。不过制造高纯硅面临着造价高、耗能高等难题，这严重制约了硅基太阳能电池的商业应用范围。

　　第二代太阳能电池主要指薄膜太阳能电池。

　　它以非晶硅、铜铟镓硒薄膜、碲化镉薄膜为代表。这类太阳能电池最大的优点为成本低，缺点则是效率低，性能随使用时间的增长而衰退。

　　第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池，就是今天要重点介绍的钙钛矿太阳能电池。

　　其实，我不含钙，也不含钛

　　人们在开发新材料时有两大重要考量：一个是成本，一个是效率。

图2 不同类型的太阳能电池的成本与其光电转换效率的关系

　　从上面这张图中可以看出，如果电池的光电转换效率能提高到20%以上，电池的供电成本就有大幅度下降的可能。

　　因此，进一步提高转换效率成为第三代太阳能电池发展的关键。

　　近几年，钙钛矿太阳能电池的研究不断刷新了光电转化效率的纪录，目前已经超过22%了。

　　虽然现在每年光伏产业产能的90%以上都来自晶硅电池，但是由于钙钛矿太阳能电池的优良特性众多，越来越多的人对它青睐有加，源源不断的人力、物力都投入到了相关研究当中，钙钛矿太阳能电池巨大的魅力也逐渐展现在了人们面前。

　　有趣的是，钙钛矿太阳能电池中并没有钙元素，也没有钛元素。

　　其实，它得名于其中的吸光层材料：一种钙钛矿型物质。

　　钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的，最初单指钛酸钙（CaTiO₃）这种矿物，后来把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。

　　钙钛矿太阳能电池中常用的光吸收层物质是甲氨铅碘（CH₃NH₃PbI₃），由于CH₃NH₃PbI₃这种材料中既含有无机的成分，又含有有机分子基团，所以人们也将这类太阳能电池称作杂化钙钛矿太阳能电池。

图3 钙钛矿物质的原子结构

(a)钛酸钙（GaTiO₃）晶体的原子结构；(b)钙钛矿太阳能中吸光层物质甲氨铅碘（CH₃NH₃PbI₃）晶体的原子结构。