日本物質材料研究機構(NIMS)發表開發了一項光電轉換效率超過20%,且可連續發電1,000小時以上之鈣鈦礦太陽電池。新開發的鈣鈦礦太陽電池從光照射側開始依序由附有導電性氧化膜的玻璃、電洞傳輸層(氧化鎳)、鈣鈦礦層、電子傳輸層(富勒烯)、銀電極所組成,各層的厚度約為30〜400 nm。尺寸已設定於實用化級之世界標準評估尺寸,為1×1 cm,相較於約0.3 cm2的實驗室級尺寸更大。
NIMS在鈣鈦礦層與電子傳輸層之間的界面處導入了具有撥水性之含氟聯胺衍生物(5F-PHZ),進而促使界面缺陷最小化,結晶度提升,發電損失亦隨之減少。此外,從電子傳輸層侵入鈣鈦礦層的水分子在界面處受到阻擋,藉此將可提高耐久性。NIMS也在電洞傳輸層與鈣鈦礦層之間的界面處導入膦酸衍生物(MeO-2PACz),透過填充氧化鎳的缺陷結構,進而降低了發電損失。此外,透過防止氧化鎳與鈣鈦礦層直接接觸引起的分解反應,藉此獲得了具有良好結晶性的鈣鈦礦層。
NIMS利用這2種界面控制的方法,開發出1×1 cm的鈣鈦礦太陽能電池,且能以超過20%的光電轉換效率進行連續發電1,000小時以上。今後則將在太陽電池的效率或耐久性等性能方面,就界面導入方法、各層晶體與表面構造、界面處電子或電洞傳輸特性等要素進行分類並予以資料數據化,並活用相關數據,在預測性能的同時進行界面控制的分子設計,藉以推動鈣鈦礦太陽電池的進一步研究。