鈣鈦礦是具有通式ABX3結構的一類化合物，其名稱源自于同名礦物鈣鈦礦（CaTiO3）。除了CaTiO3外，還有BiFeO3、CsPbI3等也具有這一結構。

1839年，在烏拉爾山脈，俄羅斯礦物學家、古斯塔夫·羅斯（Gustav Rose）遇到了具有迷人晶體結構的鈣和鈦氧化物，并以俄羅斯貴族列夫·佩羅夫斯基（Lev Perovski）的名字命名。所以鈣鈦礦晶體結構在英文里稱為Perovskite。

鈣鈦礦現(xiàn)在是指與原始晶格共享的一系列材料。在日本科學家宮坂勉（Tsutmu Miyasaka）發(fā)現(xiàn)某些鈣鈦礦是有效的光吸收劑之后，對這種礦物的興趣在2009年開始增加。

由牛津大學領導的一個多機構研究人員的團隊，將他們的科學焦點聚焦在了這個將近兩個世紀前發(fā)現(xiàn)的具有晶體結構的材料上。

他們認為基于金屬和鹵素的鈣鈦礦非常有用，具有巨大的潛力，因為其光伏電池的制造成本，可能比自1950年代問世以來一直占有市場的硅基電池將要便宜得多，有足夠的潛力也許有一天會顯著地挖掘化石燃料在能源領域的份額。

他們的研究成果發(fā)表了三篇論文，在物理通訊和物理化學快報期刊上兩篇有關鈣鈦礦穩(wěn)定性的最新論文，以及今天在《科學》上發(fā)表的一篇論文，加深了對這種有前途的半導體的理解，

通過研究，他們發(fā)現(xiàn)，一種分子添加劑（一種基于有機化合物哌啶的鹽）極大地提高了鈣鈦礦太陽能電池的壽命。

研究人員表示：“由于鈣鈦礦型太陽能電池的低成本，它們有可能削弱化石燃料并徹底改變能源市場。” “然而，這種新型材料的一個鮮為人知的方面是它們在恒定照明下的穩(wěn)定性。”在過去的兩年中，研究小組建立了獨特的實驗設備，以研究太陽能材料的電導隨時間的變化。

研究證明了即使在沒有電接觸的情況下，光致不穩(wěn)定性也會持續(xù)數(shù)小時。這些發(fā)現(xiàn)有助于澄清在太陽能電池中觀察到的類似結果，并成為提高鈣鈦礦型太陽能電池的穩(wěn)定性和商業(yè)可行性的關鍵。

太陽能電池效率的定義是，太陽光照射到電池后轉換為可用電能的功率百分比。70多年前，貝爾實驗室開發(fā)了第一個實用的太陽能電池。按照今天的標準，它的效率僅為6％，而且制造成本很高，但它為在太空探索初期誕生的衛(wèi)星提供了動力。

隨著時間的流逝，即使大多數(shù)電池變化不大，但制造成本逐漸降低，效率提高，但仍然由兩層幾乎純凈的硅組成，摻有添加劑，吸收光、利用光中的能量在它們之間的交界處產生電流。

2012年，牛津大學的Henry Snaith做出了突破性的發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦可以用作太陽能電池的主要成分，而不僅僅是用作敏化劑。這引發(fā)了研究活動的狂潮，每年就該主題發(fā)表數(shù)千篇科學論文。經(jīng)過八年的研究，鈣鈦礦電池現(xiàn)在可以以25％的效率運行，至少在實驗室中與商用硅電池相當。

鈣鈦礦電池可以由通常可得的工業(yè)化學品和金屬廉價地制造，并且可以印刷在塑料的柔性膜上并大量生產。相反，硅電池是剛性的，由昂貴的高溫工藝由幾乎純硅的薄晶片制成。

另一方面，鈣鈦礦對缺陷的耐受性很高。它可以溶解在溶劑中，然后在接近室溫的條件下印刷。這意味著它們最終可能僅以硅的一小部分成本生產。

鈣鈦礦的一個問題是它們在溫度升高時趨于不穩(wěn)定的趨勢，另一個問題是易受潮。對于需要在戶外持續(xù)使用兩到三十年的產品來說，這是一個挑戰(zhàn)。目前的硅技術對此非常有用。但是，硅必須在高于2，000攝氏度的高溫下昂貴地在受控條件下形成完美無缺陷的晶體。

為改進這些材料的穩(wěn)定性，進入市場的途徑之一是由硅和鈣鈦礦組成的串聯(lián)電池，可以將更多的陽光光譜轉化為能量。研究團隊對串聯(lián)電池的實驗室測試產生了28％的效率。

串聯(lián)電池可能使太陽能電池板生產商提供的性能超出僅硅所能達到的任何性能。這樣的雙重方法可以幫助消除鈣鈦礦進入市場的障礙。

半透明鈣鈦礦薄膜也可能有一天在窗戶或溫室中使用，將入射的部分陽光轉化為電能，而其余部分則通過。

在發(fā)電方面，成本是最重要的因素。硅和鈣鈦礦現(xiàn)在顯示出大致相同的效率。但是，從長遠來看，鈣鈦礦太陽能電池的制造成本只是硅太陽能電池的一小部分。科學家相信，這個大約200年前發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦，將可能是下一個太陽能電池革命的顛覆者。