太阳能电池板，也称为光伏发电，依靠半导体器件或太阳能电池将来自太阳的能量转化为电能。
为了发电，太阳能电池需要一个电场来分离正电荷和负电荷。为了获得这个领域，制造商通常用化学品掺杂太阳能电池，以便设备的一层带有正电荷，另一层带有负电荷。这种多层设计确保电子从器件的负极流向正极，这是器件稳定性和性能的关键因素。但是化学掺杂和分层合成也在太阳能电池制造中增加了额外的昂贵步骤。
现在，由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家领导的一个研究小组与加州大学伯克利分校合作，展示了一种独特的解决方法，为太阳能电池制造提供了一种更简单的方法：一种具有内置电场的晶体太阳能材料 - 一种由科学家称之为“铁电”的特性。该材料于今年早些时候在《科学进展》杂志上报道。
新的铁电材料 - 在实验室中由三溴化锗锗(CsGeBr)生长3或CGB) - 为制造太阳能电池设备的更简单方法打开了大门。与传统的太阳能材料不同，CGB晶体本质上是极化的，其中晶体的一侧产生正电荷，另一侧产生负电荷，不需要掺杂。
除了铁电之外，CGB还是一种无铅的“卤化物钙钛矿”，这是一类新兴的太阳能材料，与硅相比，它们的可负担性和易于合成性引起了研究人员的兴趣。但许多性能最好的卤化物钙钛矿天然含有铅元素。根据其他研究人员的说法，钙钛矿太阳能材料生产和处置中的铅残留物可能会污染环境并引起公共卫生问题。由于这些原因，研究人员一直在寻找新的卤化物钙钛矿配方，这些配方可以在不影响性能的情况下避免铅。
“如果你能想象一种无铅太阳能材料，它不仅从太阳收集能量，而且还具有自然，自发形成的电场的额外好处 - 太阳能和电子行业的可能性非常令人兴奋，”共同资深作者Peidong Yang说，他是一位领先的纳米材料专家，以其在用于新型太阳能电池技术和人造光合作用的一维半导体纳米线方面的开创性工作而闻名。他是伯克利实验室材料科学部的高级教师科学家，也是加州大学伯克利分校的化学和材料科学与工程教授。
CGB还可以推进新一代的开关设备，传感器和响应光的超稳定存储设备，共同资深作者Ramamoorthy Ramesh说，他在研究时拥有伯克利实验室材料科学部门的高级教员科学家和加州大学伯克利分校材料科学与工程教授的头衔，现在是莱斯大学的研究副总裁。
钙钛矿太阳能薄膜通常使用低成本的溶液涂层方法制成，例如旋涂或喷墨印刷。与需要约2，732华氏度的加工温度才能制造成太阳能设备的硅不同，钙钛矿很容易从室温下的溶液加工到300华氏度左右 - 对于制造商来说，这些较低的加工温度将大大降低能源成本。
但是，尽管钙钛矿太阳能材料有可能推动太阳能领域的发展，但在研究人员克服产品合成和稳定性以及材料可持续性方面的长期挑战之前，钙钛矿太阳能材料将无法进入市场。
压低完美的铁电钙钛矿
钙钛矿由三种不同的元素结晶;每个钙钛矿晶体由化学式ABX描绘3.
大多数钙钛矿太阳能材料不是铁电的，因为它们的晶体原子结构是对称的，就像雪花一样。在过去的几十年里，像Ramesh和Yang这样的可再生能源研究人员一直在寻找具有铁电潜力的异国情调的钙钛矿 - 特别是不对称的钙钛矿。
几年前，第一作者张晔，当时是加州大学伯克利分校杨氏实验室的研究生研究员，她想知道她如何制造出无铅的铁电钙钛矿。她推测，将锗原子放在钙钛矿的中心会扭曲其结晶度，足以产生铁电性。最重要的是，锗基钙钛矿将释放铅材料。(张现在是西北大学的博士后研究员。