钙钛矿市场发展迅猛，如何获取可靠数据加速您的研究？
Springer Nature约 7 分钟数据显示，钙钛矿全球市场规模预计将从2021年的8,400万美元增长到2026年的11亿美元，年复合增长率为66.5%。
什么是钙钛矿？
钙钛矿是一种与氧化钙钛（CaTiO3）有着相似晶体结构的材料，在太阳能电池领域有着极高的应用价值。钙钛矿太阳能电池展现出了极高的转化效率，在实验室中高达25.5%，且能够用低成本的材料和简单的制造工艺制作而成，因此成为传统硅太阳能电池的一种极具吸引力的替代品。
钙钛矿材料对于可再生能源的重要性
对可再生能源日益增长的需求和下一代太阳能电池的开发推动了钙钛矿市场的增长¹。在2010年左右，出现了一类基于有机-无机杂化钙钛矿材料制备的新型太阳能电池²。有机-无机杂化钙钛矿材料的优势在于其在太阳能电池中展现出的高性能和低生产成本。根据美国国家可再生能源实验室（NREL）的数据，钙钛矿太阳能电池的效率已从2009年的3%左右提高到2023年的25%以上。
然而，根据最新研究，要想实现钙钛矿技术在商业上的成功，仍须克服一些挑战。美国能源部太阳能技术办公室（SETO）和欧盟委员会³等机构通过专项资助支持有关钙钛矿的研究。2020年8月13日，美国能源部通过一项资助计划，为22个项目提供4000万美元的资助以支持钙钛矿光伏设备的研究和开发。这些研究项目将重点关注提高对钙钛矿稳定性的了解，以便在当地市场生产高效能钙钛矿设备。此外，美国能源部还将推动建立一个测试中心并制定测试协议，旨在提升研究人员和专业人士对钙钛矿光伏技术落地后的稳定性的信心⁴。
2018-2023年不同科研资助机构对钙钛矿的资助情况（数据来源：SN Insights；点击可放大查看）
广义上来说，功能材料由传统的无机钙钛矿材料以及相关的有机-无机杂化钙钛矿材料构成。传统功能材料的应用领域包括铁电和压电、催化应用和高温超导等。有机-无机杂化钙钛矿材料则为新的半导体应用领域开辟了广阔的空间，其中佼佼者是可沉积的低成本太阳能电池吸收材料，在短短十年间就实现了卓越的组件效率。
这一成功也引起了大批学术界和产业界研究人员围绕基于钙钛矿范式的新型晶体混合有机半导体的研究和开发兴趣。例如，一篇发表在Chem. Rev.116，4558-4596上的综述，自2016年首次发表以来已被引用近2,300次。
尤其是有机-无机杂化钙钛矿领域的新材料开发，使得材料数据的数量迅速增加，而这些数据目前主要是以自下而上的方式收集的，且数据质量参差不齐，这就导致即使是看似简单的材料特性（如相变温度），在不同的样本类型、质量、合成过程等条件下也会出现明显的差异。相关材料可能含有复杂的有机功能，从而为材料的优化提供了多种机会，但同时也让一些高通量数据采集技术面临诸多挑战。因此，我们亟需创建一个经过精心整理且备受信赖的钙钛矿材料数据集，以满足相关研究人员的需求。
施普林格·自然与杜克大学联合推出钙钛矿数据集
杜克大学自2013年便引进了SpringerMaterials数据库。2019年，杜克大学机械工程与材料科学系副教授Volker Blum开始与施普林格·自然合作将经典材料科学工具书Landolt-Börnstein（LB）丛书的半导体卷中的内容数字化，使这些数据成为机器可读的，并且可以在SpringerMaterials交互平台上被提取和应用。此后双方又进一步合作，在SpringerMaterials数据库中汇编了钙钛矿材料数据集。依托在SpringerMaterials平台，这些数据将得到定期维护，更具持久性，也能触达更广泛的受众。
Volker Blum
杜克大学机械工程与材料科学系副教授
SpringerMaterials旗下的LB系列丛书一直是Blum教授的案头书，在其早期的物理学研究生涯中，就非常依赖LB丛书。加入杜克大学后，Blum教授开始了与SpringerMaterials的密切合作。
Blum教授认为“如今的材料科学是一门由数据驱动的科学。科学家能够使用计算方法计算一种材料的大部分物理性质。然而，需要实验数据来确定基准和验证计算值。这就使得LB丛书有了用武之地，因为它们包含大量精心整理的实验数据。不过，这些数据隐藏在图书中，无法轻松访问和导出到软件中。把这些书转换成机器可读的数据集，科学家就能轻易地将这些数据整合到他们的工作流程中。”
在合作期间，Volker Blum教授和他的研究团队，以LB丛书为基础，搭建并整理了一个聚焦钙钛矿半导体材料的数据集。该数据集包含了数百种有机-无机杂化钙钛矿材料的组成、性质和合成方法的信息，以及约钙钛矿太阳能电池器件数据，侧重于提供特定材料和/或特性的“最佳可用”数据。数据来源则不拘于来自实验或理论研究。在此基础上，他们还基于对材料特性的计算预测，系统性地纳入了新数据并实现高保真度。
该项目分为两个步骤：
1. 对LB丛书中无机钙钛矿的关键材料数据进行数字化：团队旨在以SMI 3.0格式提供共计约4000份数据表（每年2000份），并与SpringerMaterials团队合作进行必要的调整，以便将这些数据表纳入平台。预计到2024年数字化约600个数据集。
2. 提供必要的支持，以纳入并进一步完善由美国国家科学基金会资助的开放式数据库“HybriD3”中收集的有机-无机杂化钙钛矿材料数据（SpringerMaterials是美国国家科学基金会-DMREF项目的非资助合作方）。目前该数据集覆盖了约500种化合物，并将继续得到完善。后续的新数据也将转入SpringerMaterials数据库。
该项目于2022年启动，由Volker Blum副教授带领的团队开展数字化工作，并进一步将数据导入到SpringerMaterials平台，对现有无机钙钛矿材料数据的整理和有机-无机杂化材料数据的延续也贯穿于整个项目。
对相关领域的研究者来说，该数据集是十分宝贵的资源。科研人员可以使用它比较和分析不同的材料，并针对特定应用优化其特性；还可使用该数据集设计新材料并尝试新的组分，进而更加高效和有效地发现新材料。
依托在SpringerMaterials平台，这些数据将得到定期维护，更具长期性。它们还能与平台上其他有机和无机材料及其性质相连接，进一步提升其价值和可用性。我们希望该数据集能激发新的发现和合作，最终为太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管、发光二极管和自旋电子学等领域更为高效、更加可持续和更具成本效益的技术发展做出贡献。
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关于SpringerMaterials数据库
SpringerMaterials是全球大型材料科学数据库，可通过单一平台提供29万余种材料和3000余种性质的相关信息，包含来自材料科学、化学、物理学和工程学领域主要主题的经过整合的多源数据。材料类型包括常见的金属、合金、陶瓷、玻璃、半导体、聚合物、复合材料以及更多的材料类型，其相关性质类型包括机械、热物理、磁和电性质等。内容经过精心整理，备受信赖，检索迅速，触手可及。
该数据库起源于著名的Landolt-Börnstein（LB）系列丛书，LB丛书自 1883 年始由 Springer 出版，完整集合了经过严格评估的科学与技术中的数据与函数关系。丛书由数千名材料科学领域的知名科学家和权威学者参与和组织编撰，并对已发表的数据进行严格的评审、筛选和整合。数据权威高质，值得信赖。
数据库拥有强大的数据可视化功能，如交互式晶体结构、数据表、相图和数据快速导出等，提供对材料结构和性质的深入分析。此外，平台内置了专业的搜索以及结果筛选系统，能够实现更精确、更高效的搜索，节约研究人员的时间和精力，提高效率。
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相关阅读：
参考：
[1] Perovskite Solar Cell Market, Markets and Markets
[2] The emergence of perovskite solar cells, Nature Photonics
[3] Stable high-performance Perovskite Photovoltaics, European Commission
[4] Solar Energy Technologies Of fice Fiscal Year 2020 Perovskite Funding Program, U.S. Department of Energy
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