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鹵化物鈣鈦礦材料對(duì)太陽(yáng)能具有很高的效率，但這要付出一定的代價(jià)：最好的鈣鈦礦材料含有有毒的鉛，對(duì)環(huán)境構(gòu)成危害。用無(wú)毒元素代替鉛是困難的，因?yàn)闊o(wú)鉛鈣鈦礦的穩(wěn)定性較低且效率較差?，F(xiàn)在，國(guó)際合作已經(jīng)設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的錫陽(yáng)離子與環(huán)境中的氧反應(yīng)速度非常快，因此效率下降。

現(xiàn)在，由德國(guó)亥姆霍茲研究中心(HZB)的Antonio Abate和中國(guó)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(guó)際合作取得了突破性進(jìn)展，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池開(kāi)辟了一條長(zhǎng)期穩(wěn)定性能的無(wú)毒太陽(yáng)能電池之路。他們用錫代替了鉛，但通過(guò)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(shí)PEACl分子遷移到過(guò)氧化物層中。第一作者李萌博士說(shuō)："這導(dǎo)致了垂直有序的二維過(guò)氧化物晶體的堆積，"第一作者M(jìn)eng Li博士說(shuō)。Meng Li是Abate小組的博士后，他組織了與中國(guó)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(wú)鉛鈣鈦礦太陽(yáng)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(huì)在晶體過(guò)氧化物層之間積累，并形成一層屏障，防止錫陽(yáng)離子氧化。"這項(xiàng)工作為更高效、更穩(wěn)定的無(wú)鉛過(guò)氧化物太陽(yáng)能電池鋪平了道路。"Abate說(shuō)。

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》。

原標(biāo)題：通往無(wú)毒且穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的道路