太陽能一直被認為是取代我們對化石燃料依賴的最可持續的選擇，但將太陽能轉化為電能的技術必須既高效又廉價。

沖繩科學技術研究生院(OIST)能源材料和表面科學部的科學家認為，他們已經找到了一種制造低成本高效太陽能電池的新方法。來自OIST的YabingQi教授和他的團隊與中國陜西師范大學的ShengzhongLiu教授合作，利用模擬天然礦物鈣鈦礦晶體結構的材料和化合物開發了這些細胞。他們在NatureCommunications雜志上發表的一項研究中描述了他們的技術。

在齊教授所說的“金三角”中，太陽能電池技術需要滿足三個值得商業化的條件：太陽能轉化為電能的轉換率必須很高，生產成本必須低廉，并且必須要有壽命長。今天，大多數商業太陽能電池由晶體硅制成，其具有約22%的相對高的效率。雖然這些太陽能電池的原材料硅很豐富，但加工過程往往很復雜并且會增加制造成本，使成品價格昂貴。

齊教授說，鈣鈦礦提供了更實惠的解決方案。2009年，日本橫濱Toin大學的TsutomuMiyasaka教授的研究團隊首次將鈣鈦礦用于制造太陽能電池，從那以后它迅速變得越來越重要。“對鈣鈦礦細胞的研究非常有前景。僅僅9年時間，這些細胞的效率從3.8%提高到23.3%。其他技術經過30多年的研究才達到同樣的水平，”齊教授解釋說。他和他的研究團隊開發的制造方法生產的鈣鈦礦太陽能電池具有與晶體硅電池相當的效率，但它可能比制造硅太陽能電池便宜得多。

為了制造新的細胞，研究人員在透明導電基材上涂上了鈣鈦礦薄膜，可以非常有效地吸收陽光。他們使用了一種基于氣固反應的技術，其中基板首先涂有一層三碘化氫，并加入少量氯離子和甲胺氣體-使它們能夠重復制造大型均勻的面板，每個面板由多個太陽能電池。

在開發該方法時，科學家們意識到使鈣鈦礦層厚度為1微米可以顯著提高太陽能電池的工作壽命。“在工作800小時后，太陽能電池幾乎沒有變化，”YIST教授研究部門的博士后學者劉宗浩博士說，他是該研究的第一作者。此外，較厚的涂層不僅提高了太陽能電池的穩定性，而且便于制造工藝，從而降低了生產成本。“更厚的吸收層確保了太陽能電池制造的良好再現性，這是在現實工業規模設置中大規模制造的關鍵優勢，”劉博士說。

Qi教授及其團隊現在面臨的最大挑戰是將新設計的太陽能電池的尺寸從0.1mm2尺寸的原型增加到可以長達數英尺的大型商業尺寸面板。這是業界可以提供幫助的地方。“在實驗室和現實中的研究結果之間存在很大差距，并且行業并不總是愿意自己完全彌補這一差距。因此，研究人員需要在實驗室之外采取一個更必要的步驟，并在中途實現行業發展，“齊教授說。

為了邁出這一步，齊教授和團隊在他們的概念驗證計劃下獲得了OIST技術開發和創新中心的慷慨資助。有了這筆資金，該團隊已經建立了一個新的鈣鈦礦太陽能電池模塊的工作模型，該模塊由5cm×5cm基板上的多個太陽能電池組成，有效面積為12cm2，比實驗樣機大得多，但小于商用所需的尺寸。目的。雖然擴大規模的過程已將細胞的效率從20%降低到15%，但研究人員樂觀地認為，他們將能夠改善未來幾年的工作方式，并成功將其用途商業化。