鈣鈦礦太陽能電池結構其核心是具有鈣鈦礦晶型（ABX3）的有機金屬鹵化物吸光材料。在這種鈣鈦礦ABX3結構中，A為甲胺基（CH3NH3），B為金屬鉛原子，X為氯、溴、碘等鹵素原子。目前在高效鈣鈦礦型太陽能電池中，最常見的鈣鈦礦材料是碘化鉛甲胺（CH3NH3PbI3），它的帶隙約為1.5eV，消光系數高，幾百納米厚薄膜就可以充分吸收800nm以下的太陽光。而且，這種材料制備簡單，將含有PbI2和CH3NH3I的溶液，在常溫下通過旋涂即可獲得均勻薄膜。上述特性使得鈣鈦礦型結構CH3NH3PbI3不僅可以實現對可見光和部分近紅外光的吸收，而且所出現的光生載流子不易復合，能量損失小，這是鈣鈦礦型太陽能電池能夠實現高效率的根本原因。

由于相對復雜的晶體結構對A、B、X三個位點上的原子（或基團）半徑有著較高的要求，鈣鈦礦吸光材料的組成比較固定。最近一些研究組用甲咪基取代A位上甲胺基，使帶隙變窄（1.48eV），獲得了更高的光電流。關于B位上的Pb原子，當Sn原子替換Pb原子后，目前尚未見有光電響應的報道。而X位上的原子，目前可以選用氯、溴、碘等鹵素原子，但只有以碘為主的鈣鈦礦有合適的帶隙，可以獲得高轉換效率。除了CH3NH3PbI之外，CH3NHPbI3-xClx也是目前研究較多的材料。在保持能級結構基本不變的情況下，少量氯元素的摻雜可以提高電子遷移率，顯示出了更加優異的光電性能。但是，與硅基相比，目前常用的鈣鈦礦吸光材料存在著光響應范圍不夠寬、對水和一些溶劑敏感、含重金屬鉛等不足。因此，尋找帶隙更窄、化學穩定性更好、對環境更友好的鈣鈦礦材料是非常有意義的。

鈣鈦礦薄膜太陽能電池的發展起源于敏化太陽能電池，且基于敏化太陽能電池、有機太陽能電池等在過去二十年里積累的相關技術，才得以飛速發展。最早的鈣鈦礦太陽能電池是采用CH3NH3PbI3敏化TiO2光陽極和液態I3-/I-電解質，效率只有3.8%（通過優化達到6.5%）。但由于CH3NH3PbI3在液態I3-/I-電解質中不穩定，使得電池穩定性差，目前這方面的研究非常少。采用固態空穴傳輸材料（HTM）（如spiro-OMeTAD,P3HT等）替換液態I3-/I-電解質，電池效率得到了極大提高，達到16%，已經超過染料敏化太陽能電池的最高效率（13%），并具有良好的穩定性。

在此基礎上，H.Snaith等把多孔支架層n型半導體TiO2換成絕緣材料Al2O3或者ZrO2，并用空穴傳輸材料組裝成薄膜電池，同樣也可以實現高效率（已報道的最高效率為15.9%）。這一結果表明這種鈣鈦礦材料CH3NH3PbI3本身具有良好的電子傳導能力。基于絕緣材料支架層的鈣鈦礦型太陽能電池在原理上已經超越了傳統的敏化概念，而是一種介觀超結構的異質結型太陽能電池。更進一步地，去掉絕緣的支架層，基于均勻的高質量鈣鈦礦薄膜，制備出的平面型異質結電池也可以獲得高效率（已報道的最高效率為15.7%）。另一方面，在沒有空穴傳輸材料的情況下，鈣鈦礦與多孔TiO2形成異質結電池，電池效率也已經達到10.5%。在這種類似于膠體量子點太陽能電池的結構里，鈣鈦礦本身起到了吸光和空穴傳輸的雙重用途。此外，把鈣鈦礦材料作為吸光層用于有機太陽能電池的結構中，用富勒烯衍生物PCBM作為電子傳輸層，PEDOT：PSS作為空穴傳輸層，可以實現12%以上的效率，超過了傳統有機/聚合物太陽能電池的最好結果。值得一提的是，這種基于有機太陽能電池結構的鈣鈦礦型太陽能電池可以實現柔性化和卷對卷式的規模化生產，目前這種柔性鈣鈦礦電池已經達到了9.2%的高效率

鈣鈦礦材料在這些結構迥異的太陽能電池中，都能夠實現10%以上的高效率，在未來的實際應用中，也許同樣會出現多種結構并存競爭的局面。同時，對材料的基本性質和電池工作原理的深入研究和理解也是十分重要的，這不僅有助于進一步提高鈣鈦礦型電池性能，也能為人們尋找更簡單或更高效的新結構供應思路。