中國的研究人員最近發表了一項新技術，能顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的效率和耐用性。他們的研究小組由中國科學院青島生物能源與生物工藝技術研究所領導，報告指出他們在傳統三維設備中創建了一層超薄的二維鈣鈦礦層。根據研究人員的說法，這種方法能提高薄膜的結晶性，並將埋藏界面上的缺陷濃度降低超過 90%，從而顯著提升性能和長期穩定性。
最近的一項研究描述了一種新型化學添加劑，能抑制鈣鈦礦薄膜中的有害自由基，減少降解，並使太陽能電池的效率超過 26%。提升鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的一大障礙是鈣鈦礦層的上下表面形成的缺陷密度過高，這些缺陷作為重組中心，降低了功率輸出，並加速設備降解。研究小組指出，之前的解決方案是將長鏈銨鹽直接添加到鈣鈦礦前驅體中。儘管這一策略能生成有助於鈣鈦礦缺陷鉗制的二維鈣鈦礦相，但通常會在整個薄膜以及埋藏界面產生二維結構，這使得精確控制這些相的形成變得困難。
為了克服這一限制，研究小組發展出了一種針對性界面工程的方法。他們依次將硫代乙醇酸 (TGA) 和油胺 (OAm) 接枝到二氧化錫 (SnO₂) 顆粒的表面，創建了一種改良的電子傳輸層，稱為 SnO₂-TGA-OAm。TGA 和 OAm 之間的強化學相互作用穩定了接枝分子，防止了過早反應。關鍵是，與甲醯胺碘化物 (FAI) 的陽離子交換僅在鈣鈦礦層的熱退火過程中觸發，這一受控反應導致了在薄膜底部埋藏界面上自發形成二維/三維鈣鈦礦異質結構。
使用新開發的 SnO₂-TGA-OAm 顆粒，研究小組創建了一種多功能電子傳輸層，顯著提升了多種設備規模下的鈣鈦礦太陽能電池性能。包含改良層的電池在 0.09 平方厘米的小型設備中達到了 26.19% 的功率轉換效率。當規模擴大到 21.54 平方厘米的模塊時，效率達到了 23.44%，經獨立認證的數值為 22.68%。即使是 64.80 平方厘米的大型模塊，也保持了 22.22% 的高效率，顯示出這一方法的可擴展性。
這些數值在基於二維/三維鈣鈦礦異質結構的小型 PSC 和模塊中屬於最高的效率之一。研究小組的第一作者趙強強表示，現場固態配體交換過程非常適合從實驗室製造過渡到工業生產，並同時提高長期運行的穩定性。這一策略通過在鈣鈦礦吸收層的埋藏界面精確形成二維/三維異質結構，解決了設備工程中的一個長期挑戰。研究團隊預計這一進展將加速鈣鈦礦光伏技術的商業化進程。
