太陽能電池材料的新晉成員“鈣鈦礦”近幾個月表現(xiàn)尤為突出。但在現(xiàn)實世界中仍面臨諸多問題，首先就是優(yōu)質(zhì)的鈣鈦礦中含有毒性極強的鉛。
現(xiàn)在，兩大獨立研究小組均開發(fā)出不含鉛的鈣鈦礦太陽能電池。迄今，該產(chǎn)品只有6%的轉(zhuǎn)換效率，僅為含鉛型轉(zhuǎn)換效率的三分之一。但3年前含鉛的鈣鈦礦電池也只有這么低的效率。因此只要快速追趕，就能憑借不含鉛的新性能將鈣鈦礦電池盡早推入市場。
鈣鈦礦是結(jié)晶礦物大家族中的一種。雖然近百年來一直為人熟知，但直到2009年才用于太陽能發(fā)電。自那以后，鈣鈦礦太陽能電池的效率由3.8%增至19.3%。相較之下，晶體硅太陽能電池作為領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率達25%。
但是鉛可能成為鈣鈦礦的最大障礙。很大一部分原因是該化合物是類鹽的礦物質(zhì)，容易在水甚至潮濕空氣中溶解。一想到溶解的鉛滴到使用太陽能板的家庭屋頂上，任哪個公司也不太敢將這種技術(shù)進行商業(yè)化。
因此，兩大團隊的新研究成果可以為這種問題提供解決方案。兩隊都采取了相似的方式，在復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)中以電子結(jié)構(gòu)類似的錫替代了鉛。 英國牛津大學(xué)物理學(xué)家Henry Snaith與同事在網(wǎng)上發(fā)布的論文稱，他們制作的含錫的鈣鈦礦電池最高效率為6.4%。美國西北大學(xué)材料學(xué)家Robert Chang與同事在《自然·光子學(xué)》發(fā)表的論文則報告了效率為5.73%的類似的太陽能電池。
“雙方都做的不錯。”美國加州大學(xué)洛杉磯分校材料學(xué)家Yang Yang表示，為了符合商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，鈣鈦礦電池必須要便宜、安全、耐用，并能在大型太陽能板中制造，這個領(lǐng)域的研究才剛剛開始。Yang的團隊日前剛剛創(chuàng)造了19.3%的含鉛鈣鈦礦電池效率記錄。
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2014年8月刊 科學(xué)·此刻)