基于三維有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦的薄膜太陽能電池不僅具有高達(dá)20%以上的能量轉(zhuǎn)化效率，但是，操作條件下的環(huán)境穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性還有很大的提高空間。相比之下，其對應(yīng)的二維Ruddlesden–Popper相層狀鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，能量轉(zhuǎn)化效率卻非常低，僅有4.73%。這主要是因?yàn)闊o機(jī)導(dǎo)電板之間的有機(jī)陽離子作為一個(gè)絕緣空間層，抑制面外的電荷傳輸。
圖1. 二維鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)和薄膜表征
有鑒于此，Tsai等人制備了一種接近單晶態(tài)的層狀鈣鈦礦薄膜。這種鈣鈦礦中的晶面相對于平面太陽能電池中的觸點(diǎn)具有很強(qiáng)的優(yōu)先面外取向排列，非常有利于電荷傳輸。基于這種二維鈣鈦礦薄膜制備的太陽能電池效率高達(dá)12.52%，幾乎沒有磁滯。
研究表明，未包裹的二維鈣鈦礦器件在標(biāo)準(zhǔn)光照（AM 1.5G）下工作2250小時(shí)后，能量轉(zhuǎn)化效率可保持60%，并能容忍65%相對濕度。包裹之后，在標(biāo)準(zhǔn)光照（AM 1.5G）下效率幾乎不發(fā)生變化。和對應(yīng)的三維鈦礦體系對比，光、水汽、熱穩(wěn)定性都得到較大增強(qiáng)。
圖2. 太陽能電池性能表征
圖3. 穩(wěn)定性測試
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