四年間， 鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8% （2009 年）上升到現(xiàn)在的16% 以上，4 倍的增長(zhǎng)。作為對(duì)比，單晶太陽(yáng)能電池在發(fā)展初期的5 年間僅上升了50%，其他類型的太陽(yáng)能電池在發(fā)展的最開(kāi)始幾年效率進(jìn)步也不顯著。

　　NREL 的材料科學(xué)家對(duì)該材料的進(jìn)一步優(yōu)化很有信心。比如，鉛替換為錫將能提升基于鈣鈦礦的多結(jié)太陽(yáng)能電池的效率；同時(shí)，轉(zhuǎn)換到更加環(huán)境友好的材料，這個(gè)替換使得加工后的太陽(yáng)能電池更適宜于高濕度的應(yīng)用環(huán)境。

　　最大限度地提高效率、降低成本

　　NREL 的高級(jí)科學(xué)家Luther 預(yù)言兩個(gè)研究方向?qū)⑼瑫r(shí)進(jìn)行，一是不顧成本，把材料性能做好； 一是盡量降低成本，比方說(shuō)采用噴涂技術(shù)。這兩個(gè)領(lǐng)域最終將合并，達(dá)到性能和成本的折中方案。

　　一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，韓國(guó)、英國(guó)、瑞士和美國(guó)的不同研究小組都達(dá)到了很高的效率水平。似乎不只一個(gè)人知道這個(gè)材料的秘密。

　　鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率大約為31%，意味著接收到的陽(yáng)光有1/3 能轉(zhuǎn)換為可使用的電力�；�于鈣鈦礦的多結(jié)太陽(yáng)能電池應(yīng)能達(dá)到更高的轉(zhuǎn)換效率。
Luther 表示，現(xiàn)在的目標(biāo)不是達(dá)到20%，應(yīng)該是28% 甚至更高。在實(shí)驗(yàn)室，小尺寸的樣品應(yīng)能做到幾乎是完美的，然后生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)在商業(yè)化條件下能達(dá)到多少是多少。

　　NREL 擁有在幾個(gè)領(lǐng)域里世界頂級(jí)的科學(xué)家，他們專注于有前途的新材料，專業(yè)特長(zhǎng)： III-V 族半導(dǎo)體、量子點(diǎn)、材料、輸運(yùn)現(xiàn)象、計(jì)算機(jī)材料設(shè)計(jì)及摻雜工藝、半導(dǎo)體能帶工程等等。事實(shí)上，NREL 擁有多結(jié)太陽(yáng)能電池效率的世界紀(jì)錄，在高倍聚光條件下，GaInP/GaAs 電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到34%，在一個(gè)太陽(yáng)測(cè)試條件下同樣的材料達(dá)到了31.1%。

 圖3：基于鈣鈦礦接受體的太陽(yáng)能電池效率進(jìn)展。數(shù)據(jù)取自于NREL已發(fā)表的額的文章

　　NREL 高級(jí)科學(xué)家朱凱是染料敏化太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)的共同組織者。到目前為止，他說(shuō)， 絕大多數(shù)的報(bào)告、張貼文章及論文都在討論鈣鈦礦這個(gè)話題，在這個(gè)領(lǐng)域里這個(gè)課題是如此熱門， 其實(shí)鈣鈦礦從技術(shù)角度上并不是染料電池。
五年來(lái)的進(jìn)展

　　2009 年，日本科學(xué)家 Tsutomu Miyasaka 報(bào)道了鈣鈦礦作為光吸收層，可作為潛在的太陽(yáng)能電池材料，當(dāng)時(shí)報(bào)道的轉(zhuǎn)換效率是3.8%，但是這個(gè)數(shù)值是如此之低，以至于未引起廣泛注意。

　　但是在2011 年， 韓國(guó)科學(xué)家Nam-Gyu Park——NREL 的博士后研究員， 報(bào)告了6.5% 的鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率。朱凱在15 年前在同一實(shí)驗(yàn)室工作過(guò)，這一結(jié)果引起了他的注意。

　　一年以后，Michael Gratzel——來(lái)自瑞士的頭號(hào)太陽(yáng)能電池科學(xué)家，與Park 合作發(fā)表了一篇論文，終于引起了廣泛的興趣。他們?cè)谧匀豢茖W(xué)報(bào)道刊物上發(fā)表的文章報(bào)告了10% 的基于鈣鈦礦材料的轉(zhuǎn)換效率。朱凱表示，自那以后，他知道那就是他要從事的工作了。在2013 年初，鈣鈦礦材料的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)攀升到了12.3%。

　　大約一年以前，朱凱建議在材料中加入微量的氯元素。這個(gè)提議很快得到了證實(shí)，材料的性能得到極大改進(jìn)，轉(zhuǎn)換效率很快達(dá)到了16.2%。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是韓國(guó)的Sang Il Seok 得到的。看到這個(gè)結(jié)果，朱凱為自己在一年前決定進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域感到幸運(yùn)。

　　同時(shí)，朱凱也自己動(dòng)手做材料制備的實(shí)驗(yàn)。他說(shuō)，這個(gè)材料是如此容易制備，采用溶液工藝， 自己就能在一、二天內(nèi)作出器件，從頭到尾。但是，他也承認(rèn)，要進(jìn)一步提高效率水平還需要大量努力。與其他太陽(yáng)能材料比較，這種新的鈣鈦礦材料以低得多的成本進(jìn)行生產(chǎn)，沒(méi)有材料晶格失配的問(wèn)題，也沒(méi)有復(fù)雜精密的沉積工藝。

　　一些公司已經(jīng)表示有興趣與NREL 達(dá)成研發(fā)協(xié)議， 跟NREL 共同開(kāi)發(fā)鈣鈦礦材料。朱凱表示， 美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL) 對(duì)這個(gè)材料的研究已經(jīng)達(dá)到一定的深度和廣度，實(shí)驗(yàn)室所具備的在材料、器件、輸運(yùn)過(guò)程等太陽(yáng)能電池方面的知識(shí)，將有助于對(duì)鈣鈦礦材料研究做出重大的貢獻(xiàn)。（本文節(jié)譯自美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站文章，April 15, 2014）