在过去的几年里，研究人员一直在尝试开发钙钛矿型太阳能电池的新设计，以提高其性能、效率和稳定性。实现这一点的一种可能方法是结合二维和三维卤化物钙钛矿，以便利用这两种不同类型钙钛矿的有利性质。
二维卤化物钙钛矿的二维晶体结构具有很高的抗湿性，因此有助于提高具有三维卤化物钙钛矿吸光层的太阳能电池的性能和耐久性。然而，迄今为止提出的用于结合二维和三维卤化物钙钛矿的大多数策略仅涉及将这两种材料混合在一起（例如，将二维前体与基于溶液的三维钙钛矿混合或在三维钙钛矿层上反应二维前体溶液）。
首尔国立大学和韩国大学的研究人员最近设计了一种将二维和三维卤化物钙钛矿相结合的太阳能电池的替代方法。发表在《自然能源》（NatureEnergy）上的一篇论文概述了这种方法，它可以帮助同时提高这些电池的效率和长期稳定性。
虽然不同钙钛矿薄膜的混合对效率和水分稳定性有一些积极的影响，但是通过溶液过程与二维前驱体与三维卤化物的化学反应形成二维具有局限性，研究人员之一的JunHongNoh教授告诉TechXplore说：“例如，由于非预期的准二维相形成，在器件内部电场设计中容易受热和难以实现结。”我们试图解决这个问题。”
为了克服先前提出的制作2-D/3-D卤化物钙钛矿型太阳能电池的策略的局限性，Noh教授和他的同事们试图在太阳能电池的光吸收层（窄带隙）和功能性2-D层（宽带隙）之间创建一个合适的连接。这种功能层存在于许多现有的高效太阳能电池结构中，包括砷化镓（GaAs）和异质结（HIT）硅太阳能电池。
GaAs和HIT太阳能电池分别使用III-V半导体（AlGaAs）和非晶硅（a-Si）作为具有宽禁带的功能层，以形成适当的内部电场。在这些太阳能电池中，功能层和光吸收层通常是同质的。为了设计他们的太阳能电池，Noh教授和他的同事们确保他们使用了一种具有宽禁带的二维卤化物钙钛矿结构，这种结构与他们选择的三维卤化物钙钛矿结构是同质的。
“为了形成完整的2-D/3-D连接，我们得出的结论是，在形成连接时应排除溶解过程，”Noh教授说这就是固相平面内生长（SIG）过程诞生的原因。在SIG工艺中，分别制备3-D膜和2-D膜，将2-D膜堆叠在3-D膜的顶部，使它们彼此面对，然后施加热和压力以诱导2-D膜在3-D层上生长。”
利用这种独特的设计策略，研究人员能够在三维卤化物钙钛矿薄膜的顶部生长出高度结晶的二维薄膜，而不会损坏它，也不需要使用溶剂。这导致形成完整的2-D/3-D连接。
Noh教授和他的同事发现，他们的方法不会导致意外形成准2-D薄膜，当2-D和3-D卤化物钙钛矿薄膜混合在一起时，有时会发生这种情况。由此产生的结构是热稳定的，同时也使研究人员能够轻松控制2-D薄膜的厚度和操纵2-D/3-D结的内部电场。
“我们的方法可以同时提高钙钛矿太阳能电池的效率和长期稳定性，”Noh教授说此外，我们还提出了一种方法，使同质卤化物之间形成完整的连接（卤化物/卤化物），而不是异质材料（即卤化物/氧化物或卤化物/有机物）之间的连接，这是迄今为止钙钛矿太阳能电池中的传统器件结构。”
Noh教授和他的同事提出的设计策略很快就可以用于制造2-D/3-D卤化物结钙钛矿型太阳能电池，这种电池既具有高效率又具有高的热稳定性。在未来，他们的工作还可以激励其他研究团队采用同样的策略或设计类似的方法来提高钙钛矿基太阳能电池的性能。
Noh教授说：“在最近的研究中，我们使用了丁基碘化铅（BA2PbI4），这是二维卤化物钙钛矿中最简单的结构。”然而，探索新型二维钙钛矿结构应用的研究正在进行中，以获得更好的二维/三维结设计。通过这一点，我们希望能够实现高效率的钙钛矿型太阳能电池，如砷化镓。”
