硅和碲化镉是光伏领域的其余两个紧张“竞争者”，指的是特定的材料。另一方面，术语钙钛矿指的是全体化合物家族，此类氧化物最早被创造，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙化合物。这种矿物于1839年被创造，并以俄罗斯地质学家列夫 · 佩罗夫斯基 ( Lev Perovski )的名字命名。
钛酸钙（CaTiO3）是原始矿物钙钛矿，有一个独特的晶体布局。它有一个三部分构造，其组成部分已被标记为A、B和X，个中不同身分的晶格是交错的。钙钛矿家族由许多可能的元素或分子组合组成，这些元素或分子可以霸占这三部分中的每一部分，并形成与原始钙钛矿本身类似的构造。
“你可以将原子和分子稠浊并匹配到构造中，但有一些限定。例如，如果你试图把一个太大的分子塞进构造中，你会使它变形。终极，你可能会导致三维晶体分离成二维分层构造，或完备失落去有序的构造，”麻省理工学院机器工程教授兼光伏研究实验室主任Tonio Buonassisi说。“钙钛矿是高度可调控的，就像一种建造你自己的冒险类型的晶体构造。”
这种交错格子的构造由离子或带电分子组成，个中两个（A和B）带正电，另一个（X）带负电。常日情形下，A和B离子的大小相称不同，A离子更大。
在全体钙钛矿种别中，有许多类型，包括金属氧化物钙钛矿，它们已在催化和能源储存和转换中找到运用，如燃料电池和金属空气电池。但据Buonassisi说，十多年来，研究活动的一个紧张焦点是卤化铅钙钛矿。
在这一种别中，仍有大量的可能性，天下各地的实验室正在进行繁琐的事情，试图找到在效率、本钱和耐用性方面表现最佳的变体--迄今为止，这是最具有寻衅性的三者。
许多团队还专注于肃清铅的利用的变革，以避免其对环境的影响。然而，Buonassisi指出，“随着韶光的推移，铅基设备的性能不断提高，而其他身分在电子性能方面都没有靠近。”探索替代品的事情仍在连续，但就目前而言，没有一个能与卤化铅版本竞争。
Buonassisi说，钙钛矿供应的巨大上风之一是它们对构造中的毛病有很大的容忍度。与硅不同的是，硅须要极高的纯度才能在电子设备中发挥良好的浸染，而钙钛矿纵然存在许多毛病和杂质也能正常事情。
为钙钛矿探求有前景的新候选身分有点像大海捞针，但最近研究职员想出了一个机器学习系统，可以大大简化这一过程。作为该研究的共同作者之一Buonassisi说，这种新方法可能会导致新替代品的开拓速率大大加快。
虽然钙钛矿连续显示出巨大的前景，而且一些公司已经在准备开始一些商业生产，但耐久性仍旧是它们面临的最大障碍。虽然硅太阳能电池板在25年后还能保持90%的电力输出，但钙钛矿的降解速率要快得多。已经取得了很大的进展--最初的样品只持续了几个小时，然后是几周或几个月，但较新的配方的可用寿命长达几年，适宜于一些对寿命不主要的运用。
Buonassisi说，从研究的角度来看，钙钛矿的一个优点是它们在实验室里相对随意马虎制造--化学身分很随意马虎组装起来。但这也是它们的缺陷：“这种材料在室温下很随意马虎组合在一起。但它在室温下也很随意马虎分离。来得随意马虎，去得也随意马虎！
”
为了处理这个问题，大多数研究职员专注于利用各种保护材料来封装钙钛矿，保护它不暴露在空气和水分中。但其他研究职员正在研究导致这种降解的确切机制，希望能找到实质上更坚固的配方或处理方法。一个关键的创造是，一个被称为自催化的过程在很大程度上要归咎于这种分解。
在自催化过程中，一旦材料的一个部分开始降解，其反应产物就会作为催化剂开始降解构造的临近部分，并开始进行失落控反应。在对其他一些电子材料的早期研究中也存在类似的问题，如有机发光二极管（OLED），并终极通过对原材料增加额外的净化步骤而得到办理，以是在钙钛矿的情形下可能会找到类似的办理方案，Buonassisi建议。
Buonassisi和他的互助研究职员最近完成了一项研究，表明一旦钙钛矿达到至少十年的可用寿命，由于其较低的初始本钱，将足以使其在经济上可行，成为大型公用奇迹规模太阳能农场的硅替代品。
他说，总体而言，钙钛矿的开拓进展令人印象深刻，令人鼓舞。他说：“通过短短几年的事情，它已经实现了与碲化镉相称的效率。碲化镉存在的韶光更长，但仍在努力实现这一水平。在这种新材料中达到这些更高的性能的随意马虎程度险些令人木鸡之呆。比较为实现1%的效率改进所花费的研究韶光，钙钛矿的进展比碲化镉的进展快100到1000倍。这便是它如此令人愉快的缘故原由之一。”
