利用來自太陽能的能量，從太陽系中心釋放巨大的能量，是實現可持續能源供應的關鍵目標之一。
使用稱為太陽能電池的電子設備可以將光能直接轉換成電力。迄今為止，大多數太陽能電池都是由硅製成的，這種材料非常擅長吸收光線。但硅面板的生產成本很高。
科學家一直在研究一種由鈣鈦礦結構製成的替代品。真正的鈣鈦礦是地球上發現的一種礦物質，由特定分子排列的鈣，鈦和氧組成。具有相同晶體結構的材料被稱為鈣鈦礦結構。
鈣鈦礦結構作為太陽能電池的集光活性層很有效，因為它們有效吸收光線，但比硅便宜得多。 它們也可以使用相對簡單的設備集成到設備中。例如，它們可以溶解在溶劑中，並直接噴塗到基材上。
由鈣鈦礦結構製成的材料可能潛在地革新太陽能電池器件，但是它們具有嚴重的缺點：它們通常非常不穩定，在暴露於熱時惡化。這阻礙了他們的商業潛力。
沖繩理工大學研究生院（OIST）能源材料與表面科學研究所由齊亞平教授領導，開發出採用新型鈣鈦礦材料的器件，該材料穩定，高效，生產成本相對較低，鋪平了道路用於未來太陽能電池的使用。他們的工作最近發表在Advanced Energy Materials上。博士後賈良博士和劉宗豪博士對這項工作做出了重大貢獻。
這種材料有幾個關鍵特徵。首先，它是完全無機的 - 這是一個重要的轉變，因為有機組分通常不耐熱並且在加熱下降解。由於太陽能電池在陽光下會變得非常熱，因此熱穩定性至關重要。研究人員用無機材料代替有機部分，使鈣鈦礦太陽能電池更加穩定。
“曝光300小時後，太陽能電池幾乎沒有變化，”論文作者Zonghao Liu博士說。
然而，全無機鈣鈦礦太陽能電池的光吸收比有機 - 無機雜化物低。這是第二個特徵出現的地方：OIST的研究人員用錳來摻雜他們的新電池，以改善其性能。錳改變了材料的晶體結構，提高了其捕光能力。
“就像當你在菜中添加鹽來改變它的味道一樣，當我們添加錳時，它會改變太陽能電池的特性，”劉說。
第三，在這些太陽能電池中，在太陽能電池和外部電線之間傳輸電流的電極由碳製成，而不是通常的金製成。這種電極顯著更便宜並且更容易生產，部分原因是它們可以直接印刷到太陽能電池上。另一方面，製造金電極需要高溫和專業設備，如真空室。
在鈣鈦礦太陽能電池變得像硅太陽能電池一樣具有商業可行性之前，仍有許多挑戰需要克服。例如，雖然鈣鈦礦太陽能電池可以維持一年或兩年，但硅太陽能電池可以工作20年。
齊和他的同事們繼續研究這些新型電池的效率和耐久性，並且正在開發以商業規模製造這些電池的過程。鑑於自2009年第一顆鈣鈦礦太陽能電池被報道以來，該技術發展的速度有多快，這些新電池的未來看起來非常光明。
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