不一样的钙钛矿

深思熟虑了一下，钙钛矿不是perovskite么？那个深居地下的东西，怎么也会出来晒太阳？于是乎，我在度娘里搜了一下“钙钛矿”。发现除去没有必要的广告（广告也是太阳能电池的），“钙钛矿太阳能电池(太阳能电池类型名)-百度百科”紧随其后，还有各种相关的科研报道。

那深居地下（地球科学中）的钙钛矿和钙钛矿太阳能电池有什么区别呢？

地球科学中的钙钛矿

在地球科学领域，钙钛矿是一种名副其实的矿物。1839, 德国科学家Gustav Rose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO 3 矿物，并将其命名为"perovskite”，以纪念同名的俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski（他提议创建俄罗斯地理学会）。但是对于地幔中存在钙钛矿结构型的硅酸盐的认识直到1962年才首次提出，到了1970年代后期，科学家提出，地幔中约660 km处的地震不连续性代表了从具有尖晶石结构的橄榄石成分矿物（林伍德石）到具有铁镁橄榄石成分的钙钛矿的相变。钙钛矿结构型的硅酸盐在地球表面不稳定，主要存在于地幔的下部660km至2900km。但是完整的钙钛矿晶体也可能在陨石坑中发现，陨石冲击地表时产生的超高压力能促使地表矿物相变成钙钛矿。

不过在2014年地球深部的钙钛矿有了新的名字：布里奇曼石（bridgmanite，为了纪念在1946年获得诺贝尔物理学奖的物理学家Percy Williams Bridgman对于高压物理学领域所做出的突出贡献）。

布里奇曼石（Bridgmanite）深居下地幔，化学式为Mg1-xFexSiO3，具有钙钛矿结构, 它属于正交晶系, 是下地幔最主要的矿物。Tschauner等人2014年在陨石发现了钙钛矿结构型的硅酸盐的天然样品, 而后将它命名为布里奇曼石（Bridgmanite），其在下地幔的含量约占80%(pyrolite成分模型，地幔模型之一)或者更高(piclogite成分模型，地幔模型之一)。

下地幔的另外一个重要的矿物是含钙-钙钛矿，它的质量百分比约为7%，它是下地幔钙（Ca）的主要存在形式。在地幔的高温下，它最有可能以立方钙钛矿相存在，跟许多著名的功能钙钛矿材料如BaTiO 3 、PbTiO 3 等铁电材料一样。

钙钛矿太阳能电池

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用全固态 钙钛矿型 的有机金属卤化物半导体作为 吸光材料 的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。这种材料制备工艺简单，成本较低。以CH 3 NH 3 PbI 3 为例，将含有PbI 2 和CH 3 NH 3 I的溶液，在常温下混合并进一步旋涂即可获得均匀的结晶薄膜。简单说，钙钛矿太阳能电池就是一种制作工艺简单，成本低廉，以钙钛矿结构作为吸光材料的太阳能电池。

钙钛矿材料的结构通式为ABX 3 ，其中A为有机阳离子，B为金属离子，X为卤素基团。该结构中，金属B原子位于立方晶胞体心处，卤素X原子位于立方体面心，有机阳离子A位于立方体顶点位置。相比于以共棱、共面形式连接的结构，钙钛矿结构更加稳定，有利于缺陷的扩散迁移。见图如下：

总结来讲，钙钛矿太阳能电池属于钙钛矿型材料，这类材料结构类似于钙钛矿，其通式为ABX 3 ，此类化合物最早被发现于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO 3 ），因此而得名。到后来，钙钛矿并不单单特指这种钙钛复合氧化物，而用来泛指一系列具有ABX 3 化学式的化合物。所以钙钛矿太阳能电池既不含钙，也不含钛，更不是一种矿石，其应该叫钙钛矿型太阳能电池。

参考文献

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[2]吴忠庆，王文忠. 矿物高温高压下d性的第一性原理计算研究进展[J]. 中国科学:地球科学, 2016, 000(005):P.582-617.

[3]白宇冰，王秋莹，吕瑞涛，等. 钙钛矿太阳能电池研究进展[J]. 科学通报, 2016, 61(Z1):489.

[4]魏静，赵清，李恒，等. 钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 中国科学：技术科学, 2014, 44(8):801-821.

美编：ZYN

校对：张腾飞

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