為當(dāng)下研究最為密集的光伏技術(shù)，鈣鈦礦太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在短短十年間取得了舉世矚目的偉大成就，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破25%，且緊逼單晶硅光伏電池26.7%的效率記錄。然而，高效率的鈣鈦礦電池的吸光層均采用帶有揮發(fā)性有機(jī)組分的雜化三維鈣鈦礦材料，易遭受水、熱、光和電場(chǎng)等因素誘導(dǎo)的環(huán)境運(yùn)行不穩(wěn)定性。因此，鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性提升幅度遠(yuǎn)落后于其效率提升。為了更好地平衡鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦成為十分熱門(mén)的兩大技術(shù)研究路線。顧名思義，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦就是將原有雜化鈣鈦礦材料中脆弱的有機(jī)組分剔除，但仍保持其穩(wěn)定的三維架構(gòu)，如CsPbI3、CsPbBr3、CsSnI3及Cs2AgBiBr6等。類似地，準(zhǔn)二維鈣鈦礦就是采用大體積有機(jī)組分大幅取代小分子有機(jī)組分，破壞原有三維架構(gòu)，形成穩(wěn)定的準(zhǔn)二維架構(gòu)，如(BA)2MA3Pb4I13、(GA)MA4Pb4I13、(BDA)MA4Pb5I16及(PEA)2MA3Pb4I13等。鑒于此，本文從多個(gè)角度對(duì)全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦研究情況進(jìn)行對(duì)比，并解讀它們之間的數(shù)據(jù)差異。

發(fā)文量對(duì)比

由圖可知，準(zhǔn)二維鈣鈦礦（系列1）和全無(wú)機(jī)鈣鈦礦（系列2）在過(guò)去六年中的發(fā)文數(shù)量相差不多，總發(fā)文量均超過(guò)2000篇，且都呈現(xiàn)不斷上漲的發(fā)文趨勢(shì)，體現(xiàn)出兩種技術(shù)路線具有廣闊的發(fā)展空間，仍需更多的技術(shù)突破。

高占比研究作者和機(jī)構(gòu)對(duì)比

從研究機(jī)構(gòu)分布情況對(duì)比可以得出，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦研究均以中國(guó)研究機(jī)構(gòu)為主。其中，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦研究集中在陜西師范大學(xué)、暨南大學(xué)、上海交通大學(xué)和蘭州大學(xué)等，而準(zhǔn)二維鈣鈦礦研究則集中在陜西師范大學(xué)、西北大學(xué)、浙江大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、和北京大學(xué)等，研究群體分布廣泛。不容忽視的是，陜西師范大學(xué)在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦研究領(lǐng)域均具有不俗的發(fā)文貢獻(xiàn)。就國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，澳大利亞新南威士大學(xué)在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦方面和美國(guó)西北大學(xué)在準(zhǔn)二維鈣鈦礦方面的發(fā)文量都是比較可觀的。

由研究作者情況對(duì)比表來(lái)看，Shengzhong Liu教授在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦研究?jī)煞矫娴陌l(fā)文量都比較突出。像Qunwei Tang、Yixin Zhao、Zhiwen Jin、Yabing Qi和Hayase Shuzi等大牛在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦上的發(fā)文量較多，代表著該領(lǐng)域研究的中堅(jiān)力量。相對(duì)的，像Kanatzidis M G、Kui Zhao、Hongzheng Chen、Kai Zhu、Feng Gao和Qi Chen等大牛在準(zhǔn)二維鈣鈦礦上的發(fā)文量也不少，整體上屬于當(dāng)下較為火熱的研究學(xué)者。

太陽(yáng)能電池效率對(duì)比

由準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池（n值<10）效率圖可以看出，首先，Ruddlesden-Popper(RP)相準(zhǔn)二維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列1）的研究占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，研究起步可追溯至2014年，當(dāng)時(shí)的電池效率低于5%，五年后效率被刷新至17.4%。其次，Dion-Jacobson(DJ)相準(zhǔn)二維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列3）的研究始于2018年，屬于剛起步的另一大類準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料，當(dāng)前的效率記錄達(dá)到了17.9%，效率攀升驚人。最后，Alternating Cation in the Inter space(ACI)相準(zhǔn)二維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列2）的研究早在2017年，效率略高于6%，今年該效率被提升至18.5%，這也是準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池（n值<10）的世界效率記錄，完全可以媲美主流的三維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池性能。

由全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池效率圖可以看出，首先，CsPb(或Sn)I3基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列1）的研究起步最早，可追溯至2014年，當(dāng)時(shí)的電池效率低于3%，五年后效率被刷新至19.0%，這是全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的世界效率記錄，略高于準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池（n值<10）的世界效率記錄，兩者性能不相上下。其次，CsPb(或Sn)I2Br基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列1）的研究同始于2014年，屬研究最為廣泛的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料，當(dāng)前的效率記錄達(dá)到了18.6%，效率潛力巨大。再者，CsPb(或Sn)IBr2基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列3）的早期研究效率同樣很低，目前的效率記錄也僅實(shí)現(xiàn)了11.5%。另外，純溴系CsPb(或Sn)Br3基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列4）的帶隙更寬，但效率記錄同樣被提升至10.9%。最后，一些非鉛全無(wú)機(jī)鈣鈦礦（如Cs3Bi2I9、Cs2AgBiBr6和Cs3Sb2I9）基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（系列6）的整體效率偏低（小于5%）。除此之外，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)（CsPb（或Sn）X3）太陽(yáng)能電池（系列5）的迅猛發(fā)展不容忽視，最高效率已突破17%，未來(lái)仍有很大的上升空間。

因此，從效率值來(lái)看，準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池與全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池的最高效率相差無(wú)幾，呈齊頭并進(jìn)之勢(shì)。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池仍以RP相為主，而全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池以CsPbI3或CsPbI2Br為主，且兩種電池大多數(shù)效率均超過(guò)10%。

太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性對(duì)比

以上兩圖給出準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池和全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池的代表性穩(wěn)定性數(shù)據(jù)（初始效率>10%）。由全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池穩(wěn)定性數(shù)據(jù)得出隨著CsPbX3中Br含量的增加，相應(yīng)器件的穩(wěn)定性呈明顯上漲趨勢(shì)，其中CsPbBr3在85%RH高濕環(huán)境和85 ℃熱壓下老化數(shù)千小時(shí)后性能衰減可忽略不計(jì)，穩(wěn)定性極佳，但由于帶隙過(guò)寬導(dǎo)致器件性能整體偏低。CsPbI2Br兼顧效率和穩(wěn)定性，在85 ℃下MPP光浸泡1000小時(shí)后仍能保留90%的初始性能。相對(duì)地，由準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池穩(wěn)定性數(shù)據(jù)得出DJ相層狀鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性最為突出，在雙85條件下持續(xù)老化4000小時(shí)后性能幾乎無(wú)衰減。另外，研究最多的RP相層狀鈣鈦礦電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐濕性，在40%-70%RH高濕環(huán)境中暴露4600小時(shí)后可保留近100%的原有效率。

顯然地，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池中的CsPbI2Br體系和準(zhǔn)二維鈣鈦礦電池中的RP相體系之所以是研究最多的體系在于二者均兼顧高效和高穩(wěn)定性。一方面，準(zhǔn)二維鈣鈦礦的整體耐濕性更高，源于大陽(yáng)離子的疏水性。另一方面，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦基電池的耐熱性較為突出，尤其是高Br含量的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦表現(xiàn)出卓越的高溫長(zhǎng)期穩(wěn)定性。兩種技術(shù)路線各有穩(wěn)定性特色。

綜上所述，雖然全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和準(zhǔn)二維鈣鈦礦在近五年來(lái)取得長(zhǎng)足發(fā)展，最高電池效率也均超過(guò)18%，但兩種技術(shù)體系的整體效率仍然遠(yuǎn)落后于高效的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池，這種效率差距在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)也可能無(wú)法彌補(bǔ)?？v然如此，兩種技術(shù)體系均表現(xiàn)出優(yōu)于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。效率固然重要，但穩(wěn)定性才是制約鈣鈦礦電池未來(lái)發(fā)展的重要因素。借鑒于兩種技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)，2D/3D混合維和堿金屬（K、Rb和Cs）摻雜在現(xiàn)有的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池體系中正在大放異彩，更深入的技術(shù)融合勢(shì)必會(huì)推動(dòng)鈣鈦礦電池更上臺(tái)階。

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