硅和碲化鎘是光伏領域的另外兩個主要“競爭者”，指的是特定的材料。另一方面，術語鈣鈦礦指的是整個化合物家族，此類氧化物最早被發現，是存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣化合物。這種礦物于1839年被發現，并以俄羅斯地質學家列夫 · 佩羅夫斯基 ( Lev Perovski )的名字命名。

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鈦酸鈣（CaTiO3）是原始礦物鈣鈦礦，有一個獨特的晶體構造。它有一個三部分結構，其組成部分已被標記為A、B和X，其中不同成分的晶格是交錯的。鈣鈦礦家族由許多可能的元素或分子組合組成，這些元素或分子可以占據這三部分中的每一部分，并形成與原始鈣鈦礦本身類似的結構。

“你可以將原子和分子混合并匹配到結構中，但有一些限制。例如，如果你試圖把一個太大的分子塞進結構中，你會使它變形。最終，你可能會導致三維晶體分離成二維分層結構，或完全失去有序的結構，”麻省理工學院機械工程教授兼光伏研究實驗室主任Tonio Buonassisi說。“鈣鈦礦是高度可調控的，就像一種建造你自己的冒險類型的晶體結構。”

這種交錯格子的結構由離子或帶電分子組成，其中兩個（A和B）帶正電，另一個（X）帶負電。通常情況下，A和B離子的大小相當不同，A離子更大。

在整個鈣鈦礦類別中，有許多類型，包括金屬氧化物鈣鈦礦，它們已在催化和能源儲存和轉換中找到應用，如燃料電池和金屬空氣電池。但據Buonassisi說，十多年來，研究活動的一個主要焦點是鹵化鉛鈣鈦礦。

在這一類別中，仍有大量的可能性，世界各地的實驗室正在進行繁瑣的工作，試圖找到在效率、成本和耐用性方面表現最佳的變體--迄今為止，這是最具有挑戰性的三者。

許多團隊還專注于消除鉛的使用的變化，以避免其對環境的影響。然而，Buonassisi指出，“隨著時間的推移，鉛基設備的性能不斷提高，而其他成分在電子性能方面都沒有接近。”探索替代品的工作仍在繼續，但就目前而言，沒有一個能與鹵化鉛版本競爭。

Buonassisi說，鈣鈦礦提供的巨大優勢之一是它們對結構中的缺陷有很大的容忍度。與硅不同的是，硅需要極高的純度才能在電子設備中發揮良好的作用，而鈣鈦礦即使存在許多缺陷和雜質也能正常工作。

為鈣鈦礦尋找有前景的新候選成分有點像大海撈針，但最近研究人員想出了一個機器學習系統，可以大大簡化這一過程。作為該研究的共同作者之一Buonassisi說，這種新方法可能會導致新替代品的開發速度大大加快。

雖然鈣鈦礦繼續顯示出巨大的前景，而且一些公司已經在準備開始一些商業生產，但耐久性仍然是它們面臨的最大障礙。雖然硅太陽能電池板在25年后還能保持90%的電力輸出，但鈣鈦礦的降解速度要快得多。已經取得了很大的進展--最初的樣品只持續了幾個小時，然后是幾周或幾個月，但較新的配方的可用壽命長達幾年，適合于一些對壽命不重要的應用。

Buonassisi說，從研究的角度來看，鈣鈦礦的一個優點是它們在實驗室里相對容易制造--化學成分很容易組裝起來。但這也是它們的缺點：“這種材料在室溫下很容易組合在一起。但它在室溫下也很容易分離。來得容易，去得也容易！”

為了處理這個問題，大多數研究人員專注于使用各種保護材料來封裝鈣鈦礦，保護它不暴露在空氣和水分中。但其他研究人員正在研究導致這種降解的確切機制，希望能找到本質上更堅固的配方或處理方法。一個關鍵的發現是，一個被稱為自催化的過程在很大程度上要歸咎于這種分解。

在自催化過程中，一旦材料的一個部分開始降解，其反應產物就會作為催化劑開始降解結構的鄰近部分，并開始進行失控反應。在對其他一些電子材料的早期研究中也存在類似的問題，如有機發光二極管（OLED），并最終通過對原材料增加額外的凈化步驟而得到解決，所以在鈣鈦礦的情況下可能會找到類似的解決方案，Buonassisi建議。

Buonassisi和他的合作研究人員最近完成了一項研究，表明一旦鈣鈦礦達到至少十年的可用壽命，由于其較低的初始成本，將足以使其在經濟上可行，成為大型公用事業規模太陽能農場的硅替代品。

他說，總體而言，鈣鈦礦的開發進展令人印象深刻，令人鼓舞。他說：“通過短短幾年的工作，它已經實現了與碲化鎘相當的效率。碲化鎘存在的時間更長，但仍在努力實現這一水平。在這種新材料中達到這些更高的性能的容易程度幾乎令人目瞪口呆。比較為實現1%的效率改進所花費的研究時間，鈣鈦礦的進展比碲化鎘的進展快100到1000倍。這就是它如此令人興奮的原因之一。”