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    鈣鈦礦材料


    鈣鈦礦是由鈦酸鈣(化學式CaTiO)組成的鈣鈦氧化物礦物。鈣鈦礦具有近立方結構,通式為ABO3。通常鈣鈦礦化合物具有化學式 ABX3,其中“A”和“B”代表陽離子,X 是與兩者結合的陰離子。 大量不同的元素可以結合在一起形成鈣鈦礦結構。 利用這種成分的靈活性,科學家們可以設計出具有多種物理、光學和電學特性的鈣鈦礦晶體。 如今,鈣鈦礦晶體已在超聲波機器、存儲芯片以及現在的太陽能電池中發現。

     

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    鈣鈦礦晶體結構示意圖

    鈣鈦礦的潛在應用多種多樣,包括用于傳感器和催化劑電極、某些類型的燃料電池、太陽能電池、激光器、存儲設備和自旋電子學應用。

    鈣鈦礦的清潔能源應用

    所有光伏太陽能電池都依賴于半導體——介于玻璃等電絕緣體和銅等金屬導體之間的材料——將能量從光轉化為電能。來自太陽的光激發半導體材料中的電子,這些電子流入導電電極并產生電流。

    自 1950 年代以來,硅一直是太陽能電池中使用的主要半導體材料,因為它的半導體特性與太陽光線的光譜非常吻合,而且相對豐富且穩定。然而,傳統太陽能電池板中使用的大硅晶體需要使用大量能源的昂貴的多步驟制造工藝。在尋找替代品的過程中,科學家們利用鈣鈦礦的可調諧性來制造具有與硅相似特性的半導體。鈣鈦礦太陽能電池可以使用簡單的添加劑沉積技術(如印刷)制造,成本和能源只是其中的一小部分。由于鈣鈦礦的成分靈活性,它們也可以調整為與太陽光譜完美匹配。

    2012 年,研究人員首次發現了如何使用鹵化鉛鈣鈦礦作為光吸收層來制造穩定的薄膜鈣鈦礦太陽能電池,其光光子到電子的轉換效率超過 10%。從那時起,鈣鈦礦太陽能電池的太陽光到電能的轉換效率直線上升,實驗室記錄達到了 25.2%。研究人員還將鈣鈦礦太陽能電池與傳統的硅太陽能電池相結合——這些“硅上鈣鈦礦”串聯電池的效率目前為 29.1%(超過傳統硅電池 27% 的記錄),并迅速上升。隨著電池效率的迅速提高,鈣鈦礦太陽能電池和鈣鈦礦串聯太陽能電池可能很快成為傳統硅太陽能電池的廉價、高效替代品。

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