鈣鈦礦太陽能電池(太陽能電池類型名)

引言

太陽能電池是一種通過光電效應或者光化學反應直接把光能轉化成電能的裝置。1839年, 法國物理學家Becquerel發現了光生伏特效應，1876年，英國科學家Adams等人發現，當太陽光照射硒半導體時，會產生電流。這種光電效應太陽能電池的工作原理是，當太陽光照在半導體 p-n 結區上，會激發形成空穴-電子對（激子)在p-n結電場的作用下，激子首先被分離成為電子與空穴並分別向陰極和陽極輸運。光生空穴流向p區，光生電子流向n區，接通電路就形成電流。

Fritts在1883年製備成功第一塊硒上覆薄金的半導體/金屬結太陽能電池, 其效率僅約 1%。1954 年美國貝爾實驗室的 Pearson，Fuller和Chapin等人研製出了第一塊晶體矽太陽能電池，獲得4.5%的轉換效率, 開啟了利用太陽能發電的新紀元。

此後, 太陽能技術發展大致經歷了三個階段：第一代太陽能電池主要指單晶矽和多晶矽太陽能電池，其在實驗室的光電轉換效率已經分別達到25%和20.4%；第二代太陽能電池主要包括非晶矽薄膜電池和多晶矽薄膜電池。第三代太陽能電池主要指具有高轉換效率的一些新概念電池, 如染料敏化電池、量子點電池以及有機太陽能電池等。

鈣鈦礦太陽電池結構

晶體結構

鈣鈦礦晶體為ABX3 結構，一般為立方體或八面體結構。在鈣鈦礦晶體中，A離子位於立方晶胞的中心，被12個X離子包圍成配位立方八面體，配位數為12；B離子位於立方晶胞的角頂，被6個X離子包圍成配位八面體，配位數為6，如圖所示，其中，A離子和X離子半徑相近，共同構成立方密堆積。

鈣鈦礦太陽電池中，A離子通常指的是有機陽離子，最常用的為CH₃NH₃⁺

(RA = 0.18 nm)，其他諸如NH₂CH=NH₂⁺(RA = 0.23 nm)，

CH₃CH₂NH₃⁺(RA = 0.19-0.22 nm) 也有一定的套用。B離子指的是金屬陽離子，主要有Pb₂⁺(RB = 0.119 nm)和Sn2⁺(RB = 0.110 nm)。X離子為鹵族陰離子, 即 I⁻ (RX = 0.220 nm)、Cl⁻(RX = 0.181 nm)和Br⁻(RX = 0.196 nm)。