多倫多大學(xué)的工程師們率先研究了單晶鈣鈦礦材料的新應(yīng)用，該材料可以讓太陽(yáng)能電池板和發(fā)光二極管更便宜更高效。新研究讓人們對(duì)太陽(yáng)能吸收材料有了新的理解。

被稱為鈣鈦礦的材料善于吸收可見(jiàn)光，但其作為完美的單晶體尚未被詳細(xì)地研究。

利用新技術(shù)，研究者們制成了大塊純鈣鈦礦晶體，并研究了在光電轉(zhuǎn)化過(guò)程中，電子在該材料中的運(yùn)動(dòng)方式。

安裝在恒溫器上的橙色純鈣鈦礦晶體。（來(lái)源：多倫多大學(xué)工程學(xué)院）

多倫多大學(xué)的愛(ài)德華˙羅杰斯高級(jí)電子和計(jì)算機(jī)工程系教授TedSargent和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)教授OsmanBakr領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，結(jié)合激光技術(shù)測(cè)定了鈣鈦礦材料的特性。通過(guò)記錄材料中快速移動(dòng)的電子，可以測(cè)定在無(wú)材料缺陷的條件下，電子的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度以及在材料中的運(yùn)動(dòng)速率。他們的工作發(fā)表在近期出版的Science雜志上。

“我們的工作證實(shí)了鈣鈦礦材料在收集太陽(yáng)能方面的潛在能力，”Sargent小組博士后研究員RiccadrdoComin說(shuō)。

一位藝術(shù)家繪制的有機(jī)三鹵化鉛鈣鈦礦晶體原子模型。在室溫條件下，研究人員成功地制造出這些高質(zhì)量的鈣鈦礦單晶體。該晶體能有效地將光轉(zhuǎn)換成可很長(zhǎng)距離移動(dòng)的載流子，由于晶體具有極少的缺陷，載流子的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度超過(guò)10微米。這項(xiàng)研究表明如果提升材料純度，有機(jī)三鹵化鉛鈣鈦礦材料光電池將獲得進(jìn)一步突破；也表明鈣鈦礦晶體在半導(dǎo)體和光電設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

近年來(lái)，鈣鈦礦材料使用效率已超過(guò)20%，接近那些目前大范圍使用的，已安裝在西班牙沙漠和加利福尼亞房頂?shù)纳逃霉杼?yáng)能電池板。

“從效率上來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦材料將要接近傳統(tǒng)的商業(yè)化材料，”Sargent小組博士生申請(qǐng)者兼論文的第一作者ValerioAdinolfi說(shuō)，“鑒于其制造的便捷性，它們具有可降低太陽(yáng)能發(fā)電成本的潛力。”

研究者ValerioAdinolfi(左)和RiccardoComin在測(cè)試鈣鈦礦晶體。在薄膜太陽(yáng)能技術(shù)方面，該材料正吸引著大家的興趣，但其作為完美的單晶體還未被研究。

該研究預(yù)示著綠色能源，和光學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新。將鈣鈦礦晶體設(shè)計(jì)成太陽(yáng)能平板玻璃：光照射到晶體表面后被吸收，激活材料中的電子。那些電子很輕易地穿過(guò)晶體到達(dá)一端的電學(xué)器件，形成電流?，F(xiàn)在逆向思考：給太陽(yáng)能平板充電，注入電子，會(huì)釋放光能。這種更有效的電-光轉(zhuǎn)換方式意味著鈣鈦礦晶體可以開(kāi)辟出節(jié)能LED的新領(lǐng)域。

與此同時(shí)Sargent小組研究，名為膠體量子點(diǎn)的納米工程太陽(yáng)能吸收顆粒。“鈣鈦礦晶體是優(yōu)秀的可見(jiàn)光吸收材料，而膠體量子點(diǎn)更善于吸收紅外線”Sargent教授說(shuō)道。“由于太陽(yáng)光具有很寬的可見(jiàn)光和紅外光譜，這些材料在吸收太陽(yáng)能方面是高度互補(bǔ)的。”

“未來(lái)，我們會(huì)探索更多太陽(yáng)能吸收材料，”Comin博士說(shuō)，“結(jié)合鈣鈦礦晶體和膠體量子點(diǎn)技術(shù)來(lái)提升吸收效率，非常有發(fā)展前景。”