在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池架構中，一種新材料具有驚人的38％理論最大轉換效率，顯示出巨大的潛力。
當前，對全球氣候變化的強烈關(guān)注將影響并且已經(jīng)在影響地球上的所有生物。為了防止所謂的“熱土”的產(chǎn)生并滿(mǎn)足《巴黎協(xié)定》的要求，清潔能源的使用和開(kāi)發(fā)應超過(guò)當前水平。因此，人們對低成本太陽(yáng)能電池模塊的開(kāi)發(fā)寄予厚望。
目前，晶體硅（Si）是代表性的太陽(yáng)能電池材料，占各種類(lèi)型太陽(yáng)能電池板的90％以上。然而，隨著(zhù)硅太陽(yáng)能電池板的轉換效率達到其理論極限，其降低成本的速度變得越來(lái)越慢。為了實(shí)現可再生太陽(yáng)能發(fā)電成本的大幅度降低，正在尋找新的太陽(yáng)能電池材料的研究。
近年來(lái)，太陽(yáng)能電池研究取得了重大突破-在混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中實(shí)現了高轉換效率。鈣鈦礦是具有簡(jiǎn)單立方對稱(chēng)性的晶體結構，雜化鈣鈦礦由有機陽(yáng)離子和無(wú)機籠結構組成。
相當引人注目的是，硅基太陽(yáng)能電池需要半個(gè)世紀的時(shí)間才達到26.7％的轉換效率，但僅僅十年就足以開(kāi)發(fā)出具有類(lèi)似效率的鈣鈦礦混合型太陽(yáng)能電池。然而，雜化鈣鈦礦本質(zhì)上是不穩定的，在光照、熱（~100°C）和暴露于空氣下會(huì )顯示出快速的相變。此外，對于大面積應用，雜化鈣鈦礦中有毒鉛原子的存在是非常不利的。
為了尋找鈣鈦礦材料的替代品，岐阜大學(xué)的Hiroyuki Fujiwara教授研究團隊與東京工業(yè)大學(xué)的Hidenori Hiramatsu和Hideo Hosono教授一起對硫屬鈣鈦礦材料進(jìn)行了新的研究。硫屬化物代表VI族原子，例如硫和硒，并且硫屬鈣鈦礦的化學(xué)式簡(jiǎn)單表示為ABS3（A表示堿土金屬，B表示早期過(guò)渡金屬）。
在今天發(fā)表在Solar RRL上的文章中，報告了含有BaZrTiS3的硫屬鈣鈦礦合金的制造，以將帶隙調整到適當的值（~1.6 eV）。這種材料具有巨大的潛力，在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池結構中，其理論最大轉換效率高達38％，令人印象深刻。
在此制造之前，已經(jīng)發(fā)現多個(gè)硫屬鈣鈦礦，例如BaZrS3，SrZrS3，BaHfS3和SrHfS3，都表現出非常強的光吸收性能，其光吸收強度（吸收系數）超過(guò)10^5/cm，與所有現有的太陽(yáng)能電池材料相比要高得多。
如此顯著(zhù)的光吸收特性可形成超薄太陽(yáng)能電池，從而易于收集光生載流子（即電子和空穴）并提高轉換效率。理論計算成功地解釋了在硫屬鈣鈦礦中觀(guān)察到的相當強的光吸收源自鈣鈦礦結構形成的獨特的硫軌道。
這些僅由無(wú)毒元素組成的硫屬鈣鈦礦材料非常穩定，Hiroyuki Fujiwara教授團隊發(fā)現的這些材料的優(yōu)異光學(xué)性能將對太陽(yáng)能電池器件的未來(lái)研究產(chǎn)生重大影響。為了實(shí)現硫屬化物-鈣鈦礦型太陽(yáng)能器件，開(kāi)發(fā)合適的薄膜形成技術(shù)至關(guān)重要。利用這種處理技術(shù)，可以實(shí)現太陽(yáng)能電池板的批量生產(chǎn)。
