時至今日，太陽能電池的發展仍存在很多局限性，例如生產成本高、運行效率低以及耐用性問題。此外，很多太陽能電池的原材料都含有毒性，且屬于稀缺材料。近日，美國西北大學的研究團隊研發出一種新型的太陽能電池，從理論上可以最大限度地減少太陽能電池技術所面對的所有局限性。

這種新型太陽能電池的研發得益于跨學科協作。納米技術專家羅伯特·張與化學家科瑞·卡納茨迪斯作為研究團隊的重要成員，共同提出使用一種新材料來解決太陽能電池的局限性。在新型太陽能電池中，薄膜復合材料由銫、錫和碘制成，稱為CsSnI3。這種復合物質取代了染料敏化太陽能電池中的液體電解質。實際上，這種材料開始也是一種液體，最后會形成一種固體物質。這種新的全固態太陽能電池本質上更高效，更穩定，使用壽命更長。

科瑞·卡納茨迪斯說：我們創造了一種性能強大的新材料，可以使染料敏化太陽能電池效果更好。新的材料呈固態，而不是液態，所以防止了泄漏或腐蝕。

羅伯特·張表示：我們的太陽能電池完全采用納米技術。億萬顆納米粒子給予了我們巨大的有效表面積，可以為所有的粒子都涂上吸光染料。

眾所周知，太陽能電池發展至今，為了降低高昂的原材料成本，為了讓太陽能電池具有環保性能，科學家開始使用染料敏化太陽能電池技術。這其中最具代表性的就是格拉茲爾電池。它低廉的成本與環保性能，以及相對較高的轉換率，都讓這種電池具有光明的發展前景。然而，格拉茲爾電池的缺點也很顯著。這種染料敏化電池的電解質使用有機液體制成，會發生泄漏，并會腐蝕太陽能電池本身。

此外，格拉茲爾電池使用分子染料吸收陽光，再轉換為電能，就像植物光合用途中的葉綠素。但是，這種電池的使用壽命通常都不到18個月，這就使其商用價值比較低。

新型的太陽能電池也屬于染料敏化電池，并在格拉茲爾電池的基礎上，著重解決了材料和性能上的缺陷。這種新型太陽能電池同時使用n型和p型半導體，并使用單層染料分子連結。每個近似球形的納米粒子，都是由二氧化鈦制成，作為一種n型半導體。而銫錫碘薄膜材料則作為一種新型的可溶P型半導體。

單個太陽能電池的尺寸約10微米厚，把有染料涂層的納米粒子包進去。銫錫碘薄膜材料開始時呈液態，倒入電池中會在納米粒子周圍流動，經過蒸發，形成固態物質。這種吸光染料中的光子會轉換成電能，而吸光染料存在于兩個半導體之間。

從技術上講，CsSnI3發揮的用途更加全面，不僅作為電解質使電池運行，同時，CsSnI3本身也吸收光。這種材料能夠吸收更多的光子，吸收更廣泛的可見光譜，性能勝過格拉茲爾電池使用的傳統染料。

實驗顯示，這種新型太陽能電池表現出的最高轉換效率大約是10.2％。現有的最佳固態燃料動力鋰電池的轉換率只有7％。相比較而言，傳統太陽能電池采用高純度的硅制成，可以轉換大約20％的入射光。格拉茲爾電池的最高轉換性能大約在11％至12％。但是，綜合原料成本、耐用性及環保性能，這種新型太陽能電池的表現已經可以讓人眼前一亮了。同時，經過加速試驗，這種新型太陽能電池擁有的穩定性更持久，使用壽命相當于25年。良好的成本效益，證明了它在商業上的可行性。

美國丹佛大學有機太陽能電池專家肖恩·夏新認為：在標準測量條件下，西北大學的太陽能電池效率更接近8％，這有關染料敏化電池技術來說已經是一個重要的進展了。斯坦福大學高級光電分子中心主任邁克爾·麥吉也表示：在染料敏化電池這一領域，西北大學的進展最終將能把高雅的科學奇想轉化為實用的發電設備。

西北大學的研究團隊表示，全固態染料敏化太陽能電池系統在實驗中一直保持總體性能的提升態勢。羅伯特·張說：我們有望超過格拉茲爾電池的性能。我們的研究開辟了一種新的可能性。這些新材料有可能制造出迄今所見過的最先進、效率最高的太陽能電池。

研究團隊指出，這種輕巧的薄膜結構可兼容自動化生產，這種概念適用于多種類型的太陽能電池，下一步將計劃制作大型太陽能電池陣列。