新型鈣鈦礦材料：高效、穩定、環境友好！

導讀

近期，韓國科學技術院的科研團隊提議將鈣鈦礦材料：Cs2Au2I6 作為潛在的活性材料，用於高效的無鉛薄膜光伏設備。這種材料有望克服之前的鈣鈦礦材料在穩定性與毒性方面存在的問題。

背景

鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率最高可達22%，能與高性能的晶體硅太陽能電池相媲美，非常有望應用於下一代的高效鈣鈦礦電池。此外，鈣鈦礦電池能在低溫條件下製造，將顯著地降低成本。

然而，傳統的有機無機混合物鈣鈦礦材料穩定性較低，最終會使得其性能產生退化，不適合連續使用。此外，它們含有鉛，會對環境產生不利影響。

之前，筆者曾介紹過一些旨在提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和耐用性的研究案例，例如：

1）日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）為太陽能電池添加了一層聚合物，防止氧化鈦層和鈣鈦礦層之間的直接接觸，有效地保護了鈣鈦礦結構，延長了鈣鈦礦太陽能電池的壽命。

（圖片來源：美國化學會）

2）美國斯坦福大學的研究團隊受到昆蟲複眼啟發，將微型鈣鈦礦太陽能電池單元組織在一起形成一種蜂窩狀結構，防止鈣鈦礦材料受到濕、熱或者機械應力影響時性能出現退化，提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和耐用性。

（圖片來源：Dauskardt Lab/斯坦福大學）

創新

今天，讓我們關注一種聚焦於鈣鈦礦材料本身的研究方案。近期，韓國科學技術院（KAIST）的科研團隊提議將鈣鈦礦材料：Cs2Au2I6，作為潛在的活性材料，用於高效的無鉛薄膜光伏設備。這種材料有望克服之前的鈣鈦礦材料在穩定性與毒性方面存在的問題。

韓國科學技術院化學院教授 Hyungjun Kim 與電氣工程學院教授 Min Seok Jang 領導的聯合團隊展開了這項研究，相關論文被選為3月22日的《先進材料（Advanced Materials）》雜誌的封面文章。

（圖片來源：KAIST）

（圖片來源：《先進材料》雜誌）

技術

團隊分析之前發現的僅由無機物組成的鈣鈦礦材料：Cs2Au2I6，並研究了它對於薄膜光伏設備的適用性。理論研究表明，相比於傳統鈣鈦礦材料，這種新型鈣鈦礦材料高效、穩定、環境友好。為了展開這種分析，團隊開發了多尺度多物理模擬架構。同時，他們也展開了原子尺度的第一性原理量子計算，來研究所提議的材料的光學特性，同時展開設備級的電磁模擬來說明，這種材料在設備級別真正適合作為頗具前景的光伏物質。

（圖片來源：KAIST）

從這一點開始，團隊計劃向兩個方向拓展這項研究：通過實證研究將鈣鈦礦材料用於真實世界的太陽能電池；通過理論分析找到最理想且高度穩定的太陽能電池材料。

價值

團隊表示：「鈣鈦礦材料非常高效，但是為了完全取代傳統的太陽能電池，其穩定性和毒性問題必需首先被解決。」他們補充道，這項研究有望加速相關研究，從而實現高效且環境友好的鈣鈦礦材料。

關鍵字

鈣鈦礦、太陽能、電池

參考資料

【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=81821&upr_ntt_no=81821&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=060101

【2】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201707001

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