編者注：本文是關於2016年十大新興技術特別報告的一部分，該報告由世界經濟論壇製作。該列表由論壇的新興技術元理事會編制，重點介紹了其成員（包括《大眾科學》主編瑪麗埃特·迪克里斯蒂娜）認為有能力改善生活、變革行業和保護地球的技術進步。它還提供了機會，在廣泛採用這些技術之前，就它們可能帶來的人類、社會、經濟或環境風險和擔憂進行辯論。
目前主導世界市場的矽太陽能電池存在三個基本侷限性。一種有前景的製造高效太陽能電池的新方法，使用鈣鈦礦代替矽，可以一次性解決所有三個問題，併為太陽光發電注入強勁動力。
矽光伏（PV）電池的第一個主要侷限性是，它們是由一種在自然界中以所需的純元素形式稀有的材料製成的。雖然二氧化矽（沙灘沙子）形式的矽並不短缺，但去除附著在其上的氧需要大量的能量。通常，製造商在電極電弧爐中將二氧化矽熔化至 1,500 至 2,000 攝氏度。執行此類爐子所需的能量為矽光伏電池的生產成本設定了基本下限，也增加了其製造過程中的溫室氣體排放。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
鈣鈦礦是一類廣泛的材料，其中主要由碳和氫組成的有機分子與金屬（如鉛）和鹵素（如氯）在三維晶格中結合，其製造成本可以低得多，排放也更少。製造商可以混合液態溶液批次，然後將鈣鈦礦作為薄膜沉積在幾乎任何形狀的表面上，無需爐子。薄膜本身的重量非常輕。
因此，這些特性消除了矽太陽能電池的第二個主要侷限性，即它們的剛性和重量。矽光伏電池在平坦並安裝在大型、重型面板中時效果最佳。但是，這些面板使得大規模安裝非常昂貴，這在一定程度上解釋了為什麼您通常在屋頂和大型太陽能“農場”中看到它們。
傳統太陽能電池的第三個主要侷限性是其功率轉換效率，15 年來一直停滯在 25%。當首次被描述時，鈣鈦礦的效率遠低於此。2009 年，由鉛、碘化物和甲基銨製成的鈣鈦礦電池將照射到它們的光線中不到 4% 的太陽光轉化為電力。但是，鈣鈦礦的改進速度驚人，部分原因是由於該類材料中可能存在數千種不同的化學成分。到 2016 年，鈣鈦礦太陽能電池的效率已超過 20%——在短短七年內提高了五倍，在過去兩年內效率驚人地翻了一番。它們現在在商業上與矽光伏電池具有競爭力，並且鈣鈦礦的效率極限可能仍然高得多。雖然矽光伏技術現在已經成熟，但鈣鈦礦光伏仍在快速改進。
研究人員仍然需要回答一些關於鈣鈦礦的重要問題，例如它們在暴露於多年的風吹雨打後將具有多強的耐久性，以及如何將其生產工業化，以生產出足夠大的數量，以便在全球市場上與矽晶片競爭。但是，即使是少量的新型電池初始供應，對於為尚未連線到任何電網的偏遠地區帶來太陽能也可能非常重要。當與新興的電池技術配對使用時，鈣鈦礦太陽能電池可以幫助改變目前缺乏可靠電力的 12 億人的生活（參見“下一代電池”）。