鹵化物鈣鈦礦材料對太陽能具有很高的效率，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(huán)境構(gòu)成危害。用無毒元素代替鉛是困難的，因為無鉛鈣鈦礦的穩(wěn)定性較低且效率較差?，F(xiàn)在，國際合作已經(jīng)設(shè)計出一種新型的鈣鈦礦雜化材料，其效率和穩(wěn)定性令人鼓舞。

其中最好的替代品之一就是錫。用錫代替鉛的鹵化鈣鈦礦應(yīng)該顯示出優(yōu)異的光學(xué)性能，但在實際應(yīng)用中，它們的效率一般，并且性能下降較快。而這種快速 "老化 "是它們的主要缺點。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的錫陽離子與環(huán)境中的氧反應(yīng)速度非?？?，因此效率下降。

現(xiàn)在，由德國亥姆霍茲研究中心（HZB）的Antonio Abate和中國蘇州大學(xué)功能納米與軟材料研究所（FUNSOM）的Zhao-Kui Wang領(lǐng)導(dǎo)的國際合作取得了突破性進(jìn)展，為鈣鈦礦太陽能電池開辟了一條長期穩(wěn)定性能的無毒太陽能電池之路。他們用錫代替了鉛，但通過在材料中插入有機(jī)基團(tuán)，形成了二維結(jié)構(gòu)，從而形成了所謂的二維Ruddlesden-Popper相。

"我們使用了苯乙基氯化銨（PEACl）作為鈣鈦礦的添加劑。然后我們進(jìn)行了熱處理，同時PEACl分子遷移到過氧化物層中。第一作者李萌博士說："這導(dǎo)致了垂直有序的二維過氧化物晶體的堆積，"第一作者M(jìn)eng Li博士說。Meng Li是Abate小組的博士后，他組織了與中國合作伙伴的緊密合作。在上海同步輻射設(shè)施（SSRF），他們能夠準(zhǔn)確分析出不同退火處理后的鈣鈦礦薄膜的形態(tài)和晶體特性。

這些無鉛鈣鈦礦太陽能電池在白天和黑暗條件下都能達(dá)到9.1%的效率和較高的穩(wěn)定性值。由于熱處理的結(jié)果，PEACl分子會在晶體過氧化物層之間積累，并形成一層屏障，防止錫陽離子氧化。"這項工作為更高效、更穩(wěn)定的無鉛過氧化物太陽能電池鋪平了道路。"Abate說。

論文標(biāo)題為《Tin halide perovskite films made of highly oriented 2D crystals enable more efficient and stable lead-free perovskite solar cells》。