通往無毒且穩定的鈣鈦礦太陽能電池的道路

鹵化物鈣鈦礦材料在太陽能技術上顯示出高效率，但這要付出一定的代價：最好的鈣鈦礦材料含有有毒的鉛，對環境構成危害。用無毒的元素代替鉛是困難的，因為無鉛鈣鈦礦的穩定性較低且效率較低。現在，國際合作已經設計出一種新型的鈣鈦礦雜化材料，具有良好的效率和穩定性。

最好的替代品之一是錫。用錫代替鉛的鹵化鈣鈦礦應該顯示出優異的光學性能，但是在實踐中，它們的效率中等且迅速下降。這種快速的“老化”是它們的主要缺點：鈣鈦礦結構中的錫陽離子與環境中的氧氣反應非常迅速，因此其效率下降。

現在，由中國蘇州大學功能納米與軟材料研究所(FUNSOM)的Antonio Abate，HZB和Wang Zhao-Kui領導的國際合作取得了突破，這為以無毒鈣鈦礦為基礎的太陽能電池開辟了道路長期提供穩定的性能。他們使用錫代替鉛，但是通過在材料中插入有機基團創建了二維結構，這導致了所謂的二維Ruddlesden-Popper相。

第一作者說：“我們使用苯基乙基氯化銨(PEACl)作為鈣鈦礦層的添加劑。然后，當PEACl分子遷移到鈣鈦礦層中時，我們進行了熱處理。這導致了垂直排列的二維鈣鈦礦晶體的堆積。”孟力博士 李先生是Abate小組的博士后，并與中國伙伴組織了緊密合作。在上海同步輻射裝置(SSRF)，他們能夠精確分析經過不同退火處理的鈣鈦礦薄膜的形貌和晶體特性。

這些無鉛鈣鈦礦太陽能電池中最好的，無論是在白天還是在黑暗中，其效率均達到9.1%，并具有很高的穩定性。熱處理的結果是，PEACl分子在晶體鈣鈦礦層之間堆積，并形成阻止錫陽離子氧化的阻擋層。Abate說：“這項工作為更有效和穩定的無鉛鈣鈦礦太陽能電池鋪平了道路。”