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资料摘自:科学人2015 年第 163 期 09 月号
钙钛矿电池近年来异军突起，比起主流市场的硅电池，除了制造成本低、应用广泛，光电转换效率更是急起直追。但目前还需克服稳定性、尺寸和环境安全等问题。
撰文／希瓦伦（Varun Sivaram）、史川克斯（Samuel D. Stranks）、史奈斯（Henry J. Snaith）
翻译／甘锡安
重点提要
■数十年来，硅晶一直是太阳能电池市场的主流，但以另一种结晶材料钙钛矿制造的太阳能电池，原型产品的光电转换效率正快速赶上硅晶。
■钙钛矿的制程温度比硅低了许多，因此价格可比硅低廉。钙钛矿太阳能电池可滚压制成具弹性的彩色薄膜，应用性比坚硬、缺乏弹性的硅太阳能电池更广。
■然而仍有重大挑战必须克服。钙钛矿太阳能电池需要可妥善隔绝水份的技术，避免电池在数个小时内降解。
■钙钛矿太阳能电池含有少量的铅，为了安全起见，必须永久密封。此外也必须加大电池的尺寸；目前效率较高的产品，大小仅和指甲相仿。
2011年，还是研究生的李秀明（Michael Lee），在夜幕低垂时坐在日本一家灯光昏暗的酒吧里，匆忙在啤酒杯垫上潦草写下一连串化学成份，深怕不久之后就忘记了。当天稍早，日本桐荫横滨大学的科学家大方分享了开创性的太阳能电池配方，这个配方舍弃常见的硅，改用称为「钙钛矿」（perovskite，CaTiO3，后来泛指具有ABX3晶体结构的物质）的新材料。这种新型太阳能电池把阳光转换成电能的效率只有3.8%，因此并未受到注意。但这个配方为李秀明带来灵感，他在日本完成了数据搜集任务后，回到我们当时工作的英国牛津大学克莱兰登实验室，对该配方进行一连串调整。这次修改产生了第一款光电转换效率超过10%的钙钛矿太阳能电池。李秀明的发明引发了洁净能源热潮，与石油不相上下，促使全世界的研究人员争相提升钙钛矿的光电转换效率。
目前的纪录是韩国化学技术研究所于2014年11月所缔造的20.1%，在短短三年之间，效率提升到五倍之多。相较之下，最先进的硅太阳能电池开发工作持续进行数十年，效率一直停留在25%左右，我们和其他钙钛矿研究人员一直紧盯这个目标。此外，我们也准备透过史奈斯（本文作者之一）共同创立的牛津光电（Oxford Photovoltaics）这类新创公司，把钙钛矿产品首次推上商业市场。
钙钛矿有好几项受瞩目的理由，它的成份来源相当充沛，研究人员可轻易把这些成份结合并制造出具有高度结晶化结构的薄膜。这个过程可在低温下进行，而且成本低廉；相较之下，在硅晶圆中，这类结构的制程温度相当高，而且成本高昂。钙钛矿薄膜既薄又有弹性、还可卷起，不像硅晶圆又厚又硬，未来将可由特殊印刷机制造出重量极轻、可挠曲，甚至是具有各种色彩的超薄太阳能板和镀膜。
然而如果要挑战硅的主流地位，钙钛矿太阳能电池必须克服几项重大障碍。首先，目前原型产品的尺寸仅和指甲相仿，如果要与硅太阳能电池竞争，研究人员必须想办法使其加大。此外还必须大幅提升钙钛矿太阳能电池的安全性和长期稳定性，这是个相当艰巨的挑战。
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