當(dāng)前，使用化石燃料發(fā)電所帶來的環(huán)境負(fù)擔(dān)以及資源儲存量銳減，使得化石燃料無法可持續(xù)發(fā)展以滿足社會發(fā)展過程中不斷飆升的能源需求。在過去的幾十年里，太陽能一直被認(rèn)為是最具前景的可再生能源之一。然而，盡管光伏（PVs）應(yīng)用有巨大的潛力和令人難以置信的技術(shù)進(jìn)步，卻只占全球能源消耗的很小的比例（<2%）。太陽能電池的廣泛部署，受到了巨大的財政需求和與可再生能源技術(shù)相關(guān)的間歇性挑戰(zhàn)的阻礙。與使用化石燃料相比，基于光伏發(fā)電的發(fā)電成本要高出好幾倍，而且它的競爭力嚴(yán)重依賴于政府的政策和補(bǔ)貼。光伏產(chǎn)業(yè)的主要份額（90%）由硅基太陽能電池主導(dǎo)，這一技術(shù)本身就具有很高的制造和安裝成本。雖然基于經(jīng)驗預(yù)測曲線來看，硅光伏成本在未來預(yù)計將不斷降低，但其固有的技術(shù)局限性，如光吸收（間接帶隙）、材料需求（高純度和高溫處理）和形式（笨重和剛性模塊），都限制了硅光伏產(chǎn)業(yè)的模塊效率和系統(tǒng)成本。因此，只有可持續(xù)的無補(bǔ)貼市場模式，才可能使太陽能電池?zé)o處不在，而開發(fā)具有更高效率潛力和更容易制造的替代技術(shù)就顯得至關(guān)重要。
1）效率高，其高效率可與晶硅光伏媲美；
鈣鈦礦太陽能電池是一種潛在的、變革性的光伏技術(shù)。它使用廉價且容易加工的有機(jī)-無機(jī)雜化的鈣鈦礦半導(dǎo)體作為光吸收材料，其電池器件囊括了當(dāng)前各類光伏技術(shù)的優(yōu)勢（如下圖所示）
1）效率高，其高效率可與晶硅光伏媲美；
2）質(zhì)輕和柔性，質(zhì)量輕和柔性的特點(diǎn)可比擬GaAs、CdTe和CIGS無機(jī)薄膜太陽能電池。
3）低溫溶液可加工性和顏色可調(diào)性。與有機(jī)、染料敏化和量子點(diǎn)薄膜太陽能電池一樣，鈣鈦礦太陽能電池具有溶液可加工性、成本低，且其顏色具有可調(diào)性，因此，可制備半透明的鈣鈦礦太陽能電池。
鈣鈦礦太陽能電池與其他薄膜太陽能電池相比，其光電性能（如光吸收系數(shù)，能量損失，電學(xué)性質(zhì)，和質(zhì)量功率）和對環(huán)境影響（壽命周期評估）如下圖所示。過去6年，大規(guī)模的研究工作已經(jīng)導(dǎo)致了鈣鈦礦太陽能電池的空前發(fā)展，而實驗室規(guī)模的器件性能也給人留下深刻印象。在這個關(guān)鍵時刻，鈣鈦礦太陽能電池的耐久性問題是商業(yè)化道路上的關(guān)鍵障礙，而這些問題已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的主要焦點(diǎn)。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正竭誠合作，為解決大規(guī)模模塊的相關(guān)挑戰(zhàn)。在短期內(nèi)，由于其成本低且能源回報時間短（EPBT），鈣鈦礦太陽能電池將以短壽命產(chǎn)品的形態(tài)進(jìn)入光伏市場，用于離網(wǎng)的利基應(yīng)用（便攜式和可穿戴設(shè)備在電子、航空、軍事和醫(yī)藥等領(lǐng)域）。從長遠(yuǎn)來看，隨著穩(wěn)定性問題的解決，鈣鈦礦太陽能電池最終將加入其他的并網(wǎng)光伏技術(shù)，用于太瓦級規(guī)模的光伏部署。
有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦:材料層面上挑戰(zhàn)
盡管有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)-特性-加工-性能特征具有很大的吸引力（如下圖所示），但某些固有的材料依然是其面臨的挑戰(zhàn)。有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦的缺陷容忍度較高，但由于點(diǎn)缺陷和擴(kuò)展缺陷，如晶界、界面和表面的無序，導(dǎo)致了多晶的鈣鈦礦薄膜具有不可忽略的陷阱密度。而且，缺陷密度與薄膜面積成正比，薄膜面積越大，缺陷密度會越大。這些缺陷具有電子活性，可使電荷載流子在傳輸過程中發(fā)生非輻射復(fù)合。有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料的軟離子性質(zhì)，會導(dǎo)致活化能較低，晶格容易變形，從而發(fā)生固有點(diǎn)缺陷和外在缺陷的遷移。因此，在太陽能電池工作條件下，動態(tài)離子的遷移就會引發(fā)電流-電壓（I-V）遲滯不穩(wěn)定，使器件衰減嚴(yán)重。此外，有機(jī)陽離子的揮發(fā)性和極性也會導(dǎo)致鈣鈦礦在水汽或加熱情況下迅速降解。有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦的這些固有缺陷，嚴(yán)重限制其電池器件性能和耐用性，學(xué)者們對這些挑戰(zhàn)也一直在努力地尋求解決辦法。
效率、穩(wěn)定性、可伸縮性和成本是鈣鈦礦太陽能電池開發(fā)的關(guān)鍵，也是其成功實現(xiàn)從實驗室到工業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵所在。自從鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域研究開始以來，提高器件的效率和穩(wěn)定性一直是其主要的研究焦點(diǎn)。在過去的兩年中，越來越多研究人員致力于解決可伸縮性挑戰(zhàn)和降低電池成本。對鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)可以大致分為三個方面：器件、界面和鈣鈦礦工程。下圖描述了鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域在這三個方面的發(fā)展，并在時間軸上總結(jié)了關(guān)鍵事件時間點(diǎn)。研究人員從多個維度如材料的特性、理論計算和實驗研究，使人們更好地理解了鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的根本問題，并開發(fā)了許多克服這些問題的創(chuàng)新方法。
