在不同類型的太陽能電池里，有一種產(chǎn)品脫穎而出。數(shù)十年里，幾乎所有的太陽能技術(shù)，例如晶體硅晶片和碲化鎘薄膜都有一個緩慢穩(wěn)定的發(fā)展過程，同時也有技術(shù)能將太陽光線的14%能量轉(zhuǎn)換為電力。但如今一個新競爭者脫穎而出：由名為鈣鈦礦的復(fù)雜晶體制成的太陽能電池。

2009年，這種電池悄然到來，當(dāng)時其有效轉(zhuǎn)換率為3.8%——這是一個乏味的結(jié)果，因?yàn)楫?dāng)時的頂級硅光電池在實(shí)驗(yàn)室中的轉(zhuǎn)換率能達(dá)到25%。但是，到2011年年底，新電池的有效率翻了一番達(dá)到6.5%，去年攀升到10%，2013年，有效率為15%。“這讓人驚訝。”以色列魏茨曼科學(xué)研究學(xué)院材料學(xué)家DavidCahen說，“在太陽能電池里，我們從未看到這樣的結(jié)果。”

這種電池的發(fā)展趨勢越來越好。鈣鈦礦是由現(xiàn)成材料制成的，不像某些種類的太陽能電池，它們廉價而容易出現(xiàn)。專家認(rèn)為，這種電池還有許多改進(jìn)空間，明年效率能達(dá)到20%。鈣鈦礦太陽能電池還有潛力與硅電池板相結(jié)合，制造出效率達(dá)30%甚至更高的串聯(lián)電池。

“它在發(fā)展。”美國斯坦福大學(xué)材料學(xué)家MichaelMcGehee說。“它非常具有競爭性。”瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)家MichaelGratzel說。“戰(zhàn)役在繼續(xù)。它的發(fā)展非常迅速，我沒有時間睡覺了。”美國加州大學(xué)洛杉磯分校太陽能電池專家YangYang說。

正確方向

鈣鈦礦在1個多世紀(jì)前就擺在了太陽能電池制造者面前。1839年，一位俄羅斯礦物學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了這種礦物質(zhì)的自然狀態(tài)。目前，已知有數(shù)百種此類礦物質(zhì)，太陽能電池鈣鈦礦屬于半導(dǎo)體，其他家族成員從導(dǎo)體到絕緣體范圍極為廣泛，最著名的是高溫氧化銅超導(dǎo)體。

上世紀(jì)90年代，IBM華生研究中心物理學(xué)家DavidMitzi使用鈣鈦礦半導(dǎo)體制成了薄膜晶體管和發(fā)光二極管。這些裝置能夠工作。盡管許多發(fā)光材料也能制成良好的吸光器，但Mitzi發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦太不穩(wěn)定而無法制作太陽能電池——材料必須能夠持續(xù)數(shù)十年才有商業(yè)價值。

幾乎在10年之后，TsutomuMiyasaka朝著解決問題的方向邁出了第一步。日本桐蔭橫濱大學(xué)化學(xué)家Miyasaka及同事致力于研究染色敏化太陽能電池（DSSCs）。與傳統(tǒng)的硅太陽能電池不同，DSSCs包含有機(jī)吸光染料混合物，這些混合物為二氧化鈦（TiO2）等微小顆粒添加涂層，這些顆粒被電解液包圍。