鈣鈦礦太陽能電池是目前比較熱門的研究對象，國內(nèi)外很多課題組從事于這方面的研究。該類型電池的光吸收層材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，因此被命名為鈣鈦礦太陽能電池。材料的禁帶寬度可以通過改變組成物質(zhì)的種類及比例來調(diào)控，能覆蓋的光譜吸收范圍寬至紅外波段，同時具備載流子擴(kuò)散距離長和遷移率高的優(yōu)點(diǎn)。器件的光電轉(zhuǎn)換效率從2009年報道的3.8%到如今的最高25.2%。在生產(chǎn)工藝上，能通過溶液旋涂法進(jìn)行低溫制備，整體制造成本較低，并且可以制備柔性器件。兼具上述優(yōu)勢，鈣鈦礦電池憑借其無比卓越的光電性質(zhì)和前景巨大的發(fā)展空間得到了全世界的研究人員的認(rèn)可，可以說是站在了太陽能電池舞臺的中央。

 

鈣鈦礦太陽能電池基本原理是光生伏特效應(yīng)，器件的工作機(jī)制總體可以被劃分為五個過程：

1、光子吸收過程：受到太陽光輻射時，電池的光吸收層材料吸收光子產(chǎn)生受庫侖力作用束縛的電子-空穴對，即激子。

 

2、激子擴(kuò)散過程：激子產(chǎn)生后不會停留在原處，會在整個晶體內(nèi)運(yùn)動。激子的擴(kuò)散長度足夠長，激子在運(yùn)動過程發(fā)生復(fù)合的幾率較小，大概率可以擴(kuò)散到界面處。

 

3、激子解離過程：鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能小，在鈣鈦礦光吸收層與傳輸層的界面處，激子在內(nèi)建電場的作用下容易發(fā)生解離，其中電子躍遷到激發(fā)態(tài)，進(jìn)入LUMO能級，解除束縛的空穴留在HOMO能級，進(jìn)而成為自由載流子。

 

4、載流子傳輸過程：激子解離后形成的自由載流子，其中自由電子通過電子傳輸層向陰極傳輸，自由空穴通過空穴傳輸層向陽極傳輸。

 

5、電荷收集過程：自由電子通過電子傳輸層后被陰極層收集，自由空穴通過空穴傳輸層后被陽極層收集，兩極形成電勢差。電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中形成電流。