精密排列而令人目眩的昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)，為科學(xué)家啟發(fā)了鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的新設(shè)計靈感！這種電池的光電轉(zhuǎn)換效率媲美硅晶太陽能電池，可惜尺寸較小、材質(zhì)脆弱?，F(xiàn)在，來自史丹佛大學(xué)的團(tuán)隊試著將一堆微小的鈣鈦礦太陽能電池模仿復(fù)眼結(jié)構(gòu)組裝成片，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，支架不僅保護(hù)了脆弱的鈣鈦礦材料，還不會對光電轉(zhuǎn)換效果造成影響。

自2009 年首次報導(dǎo)曝光以來，鈣鈦礦太陽能電池的光伏轉(zhuǎn)換效率在短短7 年時間內(nèi)，從3.81% 躍升至22.1%，幾乎媲美主流市場的硅晶太陽能電池，這一空前的效率成長速度刷新了全球紀(jì)錄。鈣鈦礦太陽能電池工藝簡易，卻擁有和硅晶太陽能電池相比擬的光電轉(zhuǎn)換效率，因此外界十分看好未來發(fā)展?jié)摿Γツ暝谌鹗颗e辦的世界經(jīng)濟(jì)論壇 （WEF）曾將其列為未來改變?nèi)祟惿畹?0 大科技技術(shù)之一。

一群由英國萊斯特大學(xué)、諾丁漢大學(xué)和雪菲爾大學(xué)專家組成的研究團(tuán)隊，月前也曾發(fā)表論文調(diào)查了現(xiàn)有光伏太陽能電池的優(yōu)缺點，包括使用材料種類、制造難易度、生產(chǎn)成本，并對鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行系統(tǒng)性的生命周期評估，考量其溫室氣體排放、污染和毒理學(xué)等，發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池是環(huán)境中可持續(xù)使用性最高者，且能源投資回報率不到一年時間。

雖然鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率預(yù)計可到極限31%，但自2016 年后，研究電池效率增長的速度便放緩下來，鈣鈦礦太陽能電池目前主要需克服的缺點包括：缺乏妥善隔水的技術(shù)、需提升電池的安全性和長期穩(wěn)定性，以及將電池尺寸做大，這對研究人員而言都是很艱鉅的挑戰(zhàn)。

支架結(jié)構(gòu)保護(hù)脆弱的鈣鈦礦材料

而鈣鈦礦電池還有易衰退的重大缺點，其外部會受到水、溫度、氧、紫外線等影響而劣化，必須緊密封裝并隔上吸水材料。為了提高鈣鈦礦太陽能電池在極端環(huán)境中的耐受能力，史丹佛大學(xué)團(tuán)隊最新研究便參考了昆蟲的復(fù)眼結(jié)構(gòu)來保護(hù)脆弱的鈣鈦礦材料，這項創(chuàng)新設(shè)計將使電池外部就算碰到上述物理作用時，轉(zhuǎn)換效率也不會劣化。

蒼蠅的眼睛是由4,000 個六邊形排列的感光體單元組成，每個小單元獨自看到局部影像，受到啟發(fā)，科學(xué)家將眾多微小的鈣鈦礦太陽能電池組裝在寬度只有0.05 公分的六角形支架中，就像昆蟲復(fù)眼中的感光體。而支架的材料由一種廣泛用于微電子工業(yè)的廉價環(huán)氧樹脂（epoxy resin）制成，研究聯(lián)合負(fù)責(zé)人Nicholas Rolston 表示，這種材料具有極高抗拉強度，更能抵抗斷裂，研究期間進(jìn)行的測試則顯示，支架對于鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換效果幾乎沒有影響。

至于這項設(shè)計能否承受放到屋頂后的溫度與濕度？研究人員將鈣鈦礦電池暴露在攝氏85 度和相對濕度85% 的環(huán)境持續(xù)6 周，發(fā)現(xiàn)在這種極端條件下，電池還是能以較高的效率發(fā)電。

目前研究人員已經(jīng)提交了新技術(shù)的臨時專利，為了提高發(fā)電效率，他們還在加緊研究如何將光分散到每個電池的核心中。