钙钛矿是种制程简易、转换效率进步幅度相当大的太阳光电技术，不少科学家都相当看好该技术发展，就好比韩国蔚山科学技术研究院（UNIST）最近成功在双钙钛矿运作机制有所突破，或许有望解决传统钙钛矿太阳能含有有毒物质“铅”的问题。
除了硅晶与薄膜等已商业化的太阳能电池之外，现在还有许多太阳光电技术正在实验室蓄势待发，像是钙钛矿、有机、有机染料敏化太阳能等，竞争可说是相当激烈，其中钙钛矿电池具有材料便宜、制程简单等优点，再加上转换效率提升速度也相当快，从 2009 年的 3.81%，如今已提高至可与硅晶电池媲美的 22%。
然而钙钛矿电池也不是完美无缺，高效率钙钛矿电池通常含有有毒物质“铅”，以及其耐用性相当低等问题，这些因素都让钙钛矿技术在迈向商业化的途中面临许多挑战。虽然先前瑞典林雪坪大学（LiU）与新加坡南洋理工大学（NTU）曾携手研发出无铅双钙钛矿电池薄膜，想进一步解决这一挑战，但当时转换效率着实不高、仅有 1%，还要再持续研发。
而此次 UNIST 为了研发出不含铅、转换效率表现又佳钙钛矿电池，他们决定尝试使用备受看好、电性能佳的无铅双钙钛矿（Cs2SnI6），观察该材料的表面状态与功能，看看是否适合当作太阳能材料。
为此 UNIST 首先研发出一套含有 3 个电极的系统，用来研究电子电洞对在 Cs2SnI6 表面状态的电荷转移状况，而他们发现双钙钛矿的表面状态具有高氧化还原活性，若把碘当成氧化还原媒介，双钙钛矿可有效充放电性。UNIST 研究员 HyeonOh Shin 指出，这将有助科学家用无铅钙钛矿材料来设计电子设备与太阳能电池。
其中太阳能电池结构基本上是由 P 型与 N 型半导体接合而成，这种结构称为 PN 接面。当电池吸收阳光时，PN 接面会产生电子电洞对，在内建电场的作用下，受到刺激的电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动，进而产生电流与电压。
目前该团队为了进一步证实这项研究，也将双钙钛矿与染料敏化太阳能电池相结合，将 Cs2SnI6 当成染料敏化电池的电荷再生器，论文共同作者 Byung-Man Kim 表示，有机染料电池中的电荷跟 Cs2SnI6 的表面状态连接度相当高，可以提高电流，且这也代表着该材料在热力学上电荷转移效果也非常好，与传统液态电解质相比，光电流密度高出 79%。
虽然 UNIST 目前尚未对外公布双钙钛矿电池转换效率与其他数据，无法得知实际资料，但团队相当看好 Cs2SnI6 材料的应用，研究指出，若在 Cs2SnI6 采用氧化还原媒介，科学家就可透过 Cs2SnI6 的表面状态来进行电荷转移与充放电，目前研究已发表在《Advanced Materials》。
- New Class of Solar Cells, Using Lead-free Perovskite Materials
（图片来源：UNIST）
延伸阅读：
- 瑞典与新加波大学跨国合作，携手研发无铅双钙钛矿电池薄膜
