導言：美國國家可再生能源實驗室（NationalRenewableEnergyLaboratory，NREL）公布了截止2014年初各類太陽能電池轉換效率的最高紀錄。目前轉換效率的最高記錄是由夏普生產的聚光型三結太陽能電池創造的，高達44.4%。而本文要介紹的鈣鈦礦太陽能電池在統計時是17.9%，但實際上目前鈣鈦礦太陽能電池轉換效率已被提高到了19.3%。

從2009年到2014年的短短5年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從3.8%一下子躍升至19.3%，提高了5倍。其效率進步之快，成本之便宜，生產之容易，以至于被《科學》期刊評為2013年的10大科學突破之一。

那么鈣鈦礦電池到底是什么？為何能出現如此大的研究影響力呢？它真的是太陽能電池產業中的黑馬嗎？

1、鈣鈦礦是什么？

（在俄羅斯庫薩發現的鈣鈦礦礦石，藏于哈佛自然歷史博物館Credit:La2O3（CCBY-SA3.0license））

鈣鈦礦，英文名perovskite，是一種普通的金屬有機化合物晶體，重要成分是鈦酸鈣（CaTiO3）。1839年德國礦物雪茄古斯塔夫？羅斯（GustavRose）在俄羅斯中部境內的烏拉爾山脈上發現了一塊特殊的巖石樣本，于是決定以他心中所崇拜的偉大地質學家LevPerovsk來明明這個礦石。

不過后來我們普遍指的鈣鈦礦電池（全稱：鈣鈦礦型甲胺鉛碘薄膜太陽能電池）并不是用這個礦石材料制成的，而是使用了與鈣鈦礦晶體結構相似的化合物。

2、鈣鈦礦的晶體結構：

（鈣鈦礦晶體結構示意圖）

鈣鈦礦的結構是ABX3的形式。這種結構在每個角共享一個BX6正八面體，其中B是金屬陽離子（Sn2+或Pb2+），X是一價陰離子（Cl-，Br-或I-）。鈣鈦礦中的陽離子A被用來抵消電荷使材料達到電中性，它可以是半徑較大鹼金屬離子等，甚至可以是一個分子。

這種奇特的晶體結構讓它具備了很多獨特的理化性質，比如吸光性、電催化性等等，在化學、物理領域有不小的應用。鈣鈦礦大家族里現已包括了數百種物質，從導體、半導體到絕緣體，范圍極為廣泛，其中很多是人工合成的。太陽能電池中用到的鈣鈦礦（CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbCl3等）屬于半導體，有良好的吸光性。