由EPFL化學工程師領導的國際合作已經克服了鈣鈦礦制造中的一個問題，這個問題降低了鈣鈦礦作為太陽能電池板的效率。該方法生產的鈣鈦礦太陽能電池板的效率為23.9%，運行穩定性超過1000小時。

鈣鈦礦是由金屬鹵化物和有機成分組成的混合化合物，在LED燈、激光和光探測器等領域顯示出巨大的應用潛力。然而，它們的主要貢獻是在太陽能電池領域，它們正準備超越市場，取代硅電池。

在高效和穩定的太陽能電池的主要候選人是碘化鉛鈣鈦礦，它表現出卓越的光收集能力。然而，它們的效率很大程度上取決于它們的制造，其中一個關鍵因素是去除它們的光收集表面的缺陷。

鈍化和鈣鈦礦效率

這通常是通過一種叫做“鈍化”的方法完成的，它在鈣鈦礦薄膜的表面涂上一層化學物質(鹵化烷基銨)，使它們更耐腐蝕和穩定。該工藝在原鈣鈦礦光吸收器的頂部添加了一個二維鈣鈦礦層，提高了器件的穩定性。

問題是，鈍化實際上會產生反作用，形成所謂的“平面內”鈣鈦礦層，它也不會“移動”電荷，尤其是在加熱的情況下。這是一個明顯的劣勢，擴大規模和商業化潛在的太陽能電池板。

3D化學救援

在一項新的研究中，由EPFL基礎科學學院MohammadNazeeruddin領導的科學家們找到了一種解決這個問題的方法，即用一種用于制造鈣鈦礦的碘化物的不同異構體來處理它們。在化學中，同分異構體是具有相同分子式的化合物，但它們的原子在三維空間中排列不同。

科學家們研究了碘化物PDEAI2(苯二乙基銨)的不同異構體形成二維鈣鈦礦所需的最低能量。這些同分異構體是為研究人員所謂的“量身定制缺陷鈍化”而設計的，這意味著它們在鈣鈦礦上的鈍化效果已經提前得到了很好的表征。

結果表明，該方法非常有效地避免了鈍化對鈣鈦礦效率的負面影響。具體來說，最有效的PDEAI2異構體也是最“空間阻礙”的，這個術語指的是僅僅因為化合物的分子體積而減緩化學反應。事實上，空間位阻常被用來防止或減少不必要的反應。

用這種方法生產的鈣鈦礦太陽能電池的效率為23.9%，運行穩定性超過1000小時。該工作還實現了創紀錄的21.4%的鈣鈦礦模塊的活性面積為26平方厘米。