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英國科學家最近利用一種具有鈣鈦礦(perovskite)結構的新興半導體材料，製作出光電轉換效率超過15%的薄膜太陽電池(thin-film solar cell)。該元件不僅幾何架構簡單，而且採用的氣相沉積法與傳統太陽電池製程相容，因此能輕易大量製作。
有機金屬三鹵化物(Organometal trihalide)是鈣鈦礦結構的半導體，最早是在2009年被應用在染料敏化太陽電池(dye-sensitized solar cell)中，批覆在二氧化鈦(TiO2)奈米微粒組成的薄膜表面，做為吸光材料。它的化學式是(CH3NH3)PbX3，其中Pb是鉛，而X為鹵族是元素如碘(I)、溴(Br)或氯(Cl)。這種材料吸收陽光後會產生電子與電洞，兩種電荷載子隨及分別被轉移至二氧化鈦及另一種材料，接著再被送至電極以產生電位差。這類太陽電池的光電轉換效率約在12%至15%之間。
最近，由牛津大學Henry Snaith及Michael Johnston領導的兩個研究團隊證實有機金屬三鹵化物不僅能強烈吸收光，本身也能傳輸電子及電洞，這意味著原先染料敏化太陽電池架構中採用的奈米結構，其實是多此一舉，因此製程可以大幅簡化。在新的太陽電池中，研究人員將有機金屬三鹵化物直接夾在正負電極之間，架構上與傳統的平面p-i-n太陽電池如出一轍。
Johnston表示，在他們的太陽電池中，有機金屬三鹵化物層厚度只有330 nm，但元件的光電轉換效率可達15.4%，開路電壓則有1.07 V，換言之，只需少許材料就能製造出性能優秀的太陽電池。相形之下，傳統矽晶太陽電池的矽晶元通常厚達0.15 mm，能產生的開路電壓卻只有0.7 V。不過，他承認這種材料背後的物理機制仍有待研究，目前只能推測其電荷載子擴散長度(diffusion length)很長，亦即它們在材料中能存活較久才復合，顯示這種材料在吸收光與傳輸電荷方面都有優異表現。
該團隊表示，上述太陽電池能與現行太陽電池的製造流程相容，因此製造成本不高，而且它吸收的電磁頻譜波段不同於矽，因此兩種材料能以有機金屬三鹵化物在上而矽晶在下的形式，應用在串疊型太陽電池(tandem cell)中，聯手吸收太陽能量，效果應比單打獨鬥來得好。目前此牛津團隊正忙著尋找薄膜沉積及元件設計的最佳參數，希望能進一步提高元件效率，同時也將探討這種具鈣鈦礦結構的材料背後的物理基礎。詳見近期的Nature | doi:10.1038/nature12509。 |