太阳能不仅是近代历史上发展最快的能源技术，而且也是最廉价的能源之一，并且在减少温室气体排放方面影响最大。
《科学》杂志封面刊登了赖斯大学的一项研究，该研究描述了一种将甲脒铅碘化物(FAPbI3)(目前用于制造效率最高的钙钛矿太阳能电池的晶体类型)合成为超稳定、高质量的光伏薄膜的方法。在85摄氏度(185华氏度)的温度下，经过1,000多个小时的运行，最终的FAPbI3太阳能电池的整体效率下降不到3%。
“目前，我们认为就稳定性而言，这是最先进的，”莱斯大学工程师AdityaMohite表示，他的实验室在过去几年中在钙钛矿的耐用性和性能方面取得了进展。“钙钛矿太阳能电池有可能彻底改变能源生产，但实现长期稳定性一直是一项重大挑战。”
凭借这一最新突破，Mohite及其合作者已在钙钛矿光伏电池市场化方面取得了关键里程碑。关键在于将FAPbI3前体溶液与专门设计的二维(2D)钙钛矿混合。这些钙钛矿可作为模板，引导块状/3D钙钛矿的生长，为晶格结构提供额外的压缩力和稳定性。
莱斯大学材料科学与纳米工程研究生、这项研究的主要作者艾萨克·梅特卡夫说：“钙钛矿晶体的破坏方式有两种：化学方式——破坏组成晶体的分子;结构方式——重新排列分子，形成不同的晶体。”
“在我们用于太阳能电池的各种晶体中，化学性质最稳定的晶体结构也是最不稳定的，反之亦然。FAPbI3处于结构最不稳定的一端。”
虽然2D钙钛矿在化学和结构上都比FAPbI3更稳定，但它通常不擅长收集光，因此不适合用作太阳能电池材料。
然而，研究人员推测，用作FAPbI3薄膜生长模板的2D钙钛矿可能会将其稳定性赋予后者。为了验证这个想法，他们开发了四种不同类型的2D钙钛矿(两种表面结构与FAPbI3几乎没有区别，两种不太匹配)，并用它们制作了不同的FAPbI3薄膜配方。
梅特卡夫说：“添加匹配良好的二维晶体使得FAPbI3晶体更容易形成，而匹配不匹配的二维晶体实际上使其更难形成，这验证了我们的假设。”
“用二维晶体模板化的FAPbI3薄膜质量更高，内部无序性更少，对照明的响应更强，从而效率更高。”
艾萨克·梅特卡夫是莱斯大学材料科学和纳米工程专业的研究生，也是《科学》杂志封面上一项研究的主要作者。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学
2D晶体模板不仅提高了FAPbI3太阳能电池的效率，还提高了其耐用性。没有任何2D晶体的太阳能电池在空气中利用阳光发电两天后会显著退化，而带有2D模板的太阳能电池即使在20天后也不会开始退化。通过在2D模板太阳能电池上添加封装层，稳定性得到进一步提高，时间尺度接近商业相关性。
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