對(duì)于未來(lái)的大規(guī)模太陽(yáng)能光伏發(fā)電，材料需要滿足一些重要參數(shù)，例如材料應(yīng)該是地球豐富的、具有成本效益的和無(wú)毒的。此外，為了實(shí)現(xiàn)高功率轉(zhuǎn)換效率，材料須滿足一些主要特性，如電學(xué)、光學(xué)和一些缺陷特性，如直接可調(diào)帶隙、吸收系數(shù)和長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度。許多研究小組接受了替代鉛的挑戰(zhàn)，以尋找一些適合光伏應(yīng)用的新型無(wú)毒且穩(wěn)定的鈣鈦礦材料。

目前正在努力提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和耐用性。開發(fā)穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池有兩個(gè)主要策略值得立即關(guān)注，即通過開發(fā)專門的功能性屏障結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)吸收體免受外部攻擊，并提高吸收體本身的彈性和穩(wěn)定性。這些策略只有通過改變鈣鈦礦的元素組成或通過用功能分子修飾鈣鈦礦吸收劑以使其不易受水分降解的影響才能實(shí)現(xiàn)。盡管鈣鈦礦具有加工優(yōu)勢(shì)，但在該技術(shù)商業(yè)化之前，須克服有機(jī)無(wú)機(jī)雜化組合在濕度、熱、光和氧氣方面的較差穩(wěn)定性。

最近的報(bào)告強(qiáng)調(diào)了一些創(chuàng)新和優(yōu)雅的想法，這些想法應(yīng)該是未來(lái)光伏材料設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用研究的主要焦點(diǎn)。在此，我們介紹了在改進(jìn)化學(xué)品方面的一些新進(jìn)展通過陽(yáng)離子和陰離子元素的取代鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性。我們希望為鈣鈦礦的設(shè)計(jì)鋪平道路，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，并獲得穩(wěn)定性提升。在半導(dǎo)體材料中吸收能量高于帶隙的光子導(dǎo)致電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶。

在特定材料中，受激發(fā)的載流子將返回基態(tài)，而能量通過光子的發(fā)射而得以保存。當(dāng)材料上存在不對(duì)稱電勢(shì)時(shí)會(huì)發(fā)生這種效應(yīng)，因此會(huì)產(chǎn)生光生電荷載流子的凈流動(dòng)，即光電流?，F(xiàn)在可以在諸如p-n結(jié)的晶體中建立不對(duì)稱電勢(shì)，從而提供良好的整流，從而獲得更好的光伏結(jié)果。良好的光伏材料提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，通過將電荷傳輸?shù)接|點(diǎn)并較大限度地減少電子和空穴之間的復(fù)合，以較小的電荷載流子弛豫盡可能有效地分離電荷。

有幾個(gè)關(guān)鍵屬性通常有利于設(shè)備效率。這些特性中的許多特性很難通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，但是從理論角度來(lái)看，這些特性可以相對(duì)非常便宜地獲得。在這里，我們介紹了在器件制造過程中需要解決的一些關(guān)鍵特性。太陽(yáng)能吸收器的重要特性是帶隙，它決定了較大理論功率轉(zhuǎn)換效率。這是一種固有特性，最終會(huì)直接影響光伏電池的實(shí)際性能。帶隙是我們能夠理解材料是否能夠吸收可見光譜的屬性。

材料對(duì)光伏的適用性如何應(yīng)用將取決于光子能量與材料帶隙的接近程度。光伏太陽(yáng)能發(fā)電的一些關(guān)鍵特征是強(qiáng)太陽(yáng)能吸收、低非輻射載流子復(fù)合率和多年利用的能力。其中一個(gè)重要特征是用于太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)開發(fā)的相當(dāng)高的載流子遷移率，因?yàn)樗鼪Q定了通過在相容材料中形成混合化合物可獲得的性能范圍。高電荷載流子遷移率對(duì)于建立電子-空穴的分離以提高器件性能起著重要作用。

帶邊緣的分散特別設(shè)想了材料中的遷移率，該遷移率在理論上由載流子的有效質(zhì)量量化，從而產(chǎn)生更小的有效質(zhì)量，從而提高載流子遷移率。這種載流子遷移率因散射缺陷、聲子和其他電荷載流子而停止。然而，遷移率并不是唯一重要的特性，少數(shù)載流子的壽命也被認(rèn)為是新型光伏材料的重要參數(shù)。為了獲得更好的性能，需要許多參數(shù)，其中高遷移率、擴(kuò)散長(zhǎng)度和長(zhǎng)載流子壽命在有機(jī)或無(wú)機(jī)鹵化物組成方面處于一位。