在過去的幾年里，研究人員一直在嘗試開發鈣鈦礦型太陽能電池的新設計，以提高其性能、效率和穩定性。實現這一點的一種可能方法是結合二維和三維鹵化物鈣鈦礦，以便利用這兩種不同類型鈣鈦礦的有利性質。

二維鹵化物鈣鈦礦的二維晶體結構具有很高的抗濕性，因此有助于提高具有三維鹵化物鈣鈦礦吸光層的太陽能電池的性能和耐久性。然而，迄今為止提出的用于結合二維和三維鹵化物鈣鈦礦的大多數策略僅涉及將這兩種材料混合在一起（例如，將二維前體與基于溶液的三維鈣鈦礦混合或在三維鈣鈦礦層上反應二維前體溶液）。

首爾國立大學和韓國大學的研究人員最近設計了一種將二維和三維鹵化物鈣鈦礦相結合的太陽能電池的替代方法。發表在《自然能源》（NatureEnergy）上的一篇論文概述了這種方法，它可以幫助同時提高這些電池的效率和長期穩定性。

雖然不同鈣鈦礦薄膜的混合對效率和水分穩定性有一些積極的影響，但是通過溶液過程與二維前驅體與三維鹵化物的化學反應形成二維具有局限性，研究人員之一的JunHongNoh教授告訴TechXplore說：“例如，由于非預期的準二維相形成，在器件內部電場設計中容易受熱和難以實現結。”我們試圖解決這個問題。”

為了克服先前提出的制作2-D/3-D鹵化物鈣鈦礦型太陽能電池的策略的局限性，Noh教授和他的同事們試圖在太陽能電池的光吸收層（窄帶隙）和功能性2-D層（寬帶隙）之間創建一個合適的連接。這種功能層存在于許多現有的高效太陽能電池結構中，包括砷化鎵（GaAs）和異質結（HIT）硅太陽能電池。

GaAs和HIT太陽能電池分別使用III-V半導體（AlGaAs）和非晶硅（a-Si）作為具有寬禁帶的功能層，以形成適當的內部電場。在這些太陽能電池中，功能層和光吸收層通常是同質的。為了設計他們的太陽能電池，Noh教授和他的同事們確保他們使用了一種具有寬禁帶的二維鹵化物鈣鈦礦結構，這種結構與他們選擇的三維鹵化物鈣鈦礦結構是同質的。

“為了形成完整的2-D/3-D連接，我們得出的結論是，在形成連接時應排除溶解過程，”Noh教授說這就是固相平面內生長（SIG）過程誕生的原因。在SIG工藝中，分別制備3-D膜和2-D膜，將2-D膜堆疊在3-D膜的頂部，使它們彼此面對，然后施加熱和壓力以誘導2-D膜在3-D層上生長。”

利用這種獨特的設計策略，研究人員能夠在三維鹵化物鈣鈦礦薄膜的頂部生長出高度結晶的二維薄膜，而不會損壞它，也不需要使用溶劑。這導致形成完整的2-D/3-D連接。

Noh教授和他的同事發現，他們的方法不會導致意外形成準2-D薄膜，當2-D和3-D鹵化物鈣鈦礦薄膜混合在一起時，有時會發生這種情況。由此產生的結構是熱穩定的，同時也使研究人員能夠輕松控制2-D薄膜的厚度和操縱2-D/3-D結的內部電場。

“我們的方法可以同時提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和長期穩定性，”Noh教授說此外，我們還提出了一種方法，使同質鹵化物之間形成完整的連接（鹵化物/鹵化物），而不是異質材料（即鹵化物/氧化物或鹵化物/有機物）之間的連接，這是迄今為止鈣鈦礦太陽能電池中的傳統器件結構。”

Noh教授和他的同事提出的設計策略很快就可以用于制造2-D/3-D鹵化物結鈣鈦礦型太陽能電池，這種電池既具有高效率又具有高的熱穩定性。在未來，他們的工作還可以激勵其他研究團隊采用同樣的策略或設計類似的方法來提高鈣鈦礦基太陽能電池的性能。

Noh教授說：“在最近的研究中，我們使用了丁基碘化鉛（BA2PbI4），這是二維鹵化物鈣鈦礦中最簡單的結構。”然而，探索新型二維鈣鈦礦結構應用的研究正在進行中，以獲得更好的二維/三維結設計。通過這一點，我們希望能夠實現高效率的鈣鈦礦型太陽能電池，如砷化鎵。”