2.3　無鉛鈣鈦礦光伏材料制備方法及性能研究

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其光吸收效率高、載流子壽命長、晶格缺陷容忍度高、能帶可調等優點得到迅速發展。然而，有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池也存在一些缺陷，如鉛的毒性和材料的不穩定性。無機非鉛類鈣鈦礦太陽能電池（ABX₃、A₂BB′X₆等）利用Sn、Ge、Bi、Ag等金屬取代鉛，以Cs、Rb等取代甲胺，希望解決目前鈣鈦礦太陽能電池的毒性和穩定性問題。無機鈣鈦礦太陽能電池主要是指無機含鉛鈣鈦礦和無機非鉛類鈣鈦礦太陽能電池。因為ABX₃是立方晶型，其前提是材料的容差因子0.78<T<1.05，即A離子半徑（r_A）要遠大于B離子半徑（r_B），而在無機一價陽離子中，Cs⁺離子半徑是最大的，因此Cs⁺被廣泛應用于ABX₃鈣鈦礦結構的A位置的替位。但是無機含鉛鈣鈦礦（CsPbI₃）結構也不穩定。無機非鉛類鈣鈦礦太陽能電池（ABX₃、A₂BB′X₆）是利用Sn、Ge、Bi、Ag等金屬替位鉛，以Cs、Rb等替位甲胺基團。

2.3.1　新型無鉛類鈣鈦礦光伏材料的出現

2014年，Hao等^[61]以CH₃NH₃SnBr_xI_3?x作為光吸收層，通過改變溴和碘的比例對材料的帶隙進行調控，得到了光電轉換效率達5.73%的太陽能電池^[62]。這是首次出現以無鉛鈣鈦礦材料作為光吸收層的太陽能電池，從而翻開了無鉛鈣鈦礦太陽能電池的新一頁，并為其進一步發展奠定了重要基礎。但是，這種材料與傳統鈣鈦礦材料類似，其熱穩定性以及環境穩定性并不理想，從而制約了該材料作為太陽能電池吸光層的進一步發展^[63，64]。在這種情況下，人們開始嘗試利用穩定的無機陽離子來取代有機陽離子以構建高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。最近，一些科研工作者通過同時替換傳統有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池中的有機陽離子和鉛離子，在提高無機非鉛類鈣鈦礦太陽能電池的光吸收性能、量子轉換效率、環境穩定性和友好性等方面取得了一定的進展，使得無機非鉛類太陽能電池嶄露頭角，顯示出一定的發展潛力。

2.3.2　非鉛類鈣鈦礦的研究現狀

2.3.2.1　ABX₃非鉛類鈣鈦礦薄膜材料

目前，在絕大多數無機鈣鈦礦材料中，A位置的取代離子主要是Cs⁺。與A位置的Cs⁺取代不同，B位置的取代離子就顯得豐富了很多，很多與Pb²⁺性質類似的二價陽離子都擁有很好的取代B位置的潛力。

（1）CsSnX₃和CsGeX₃

Sn、Ge與Pb處于同一主族，具有與Pb元素類似的電子分布。2014年，Kanatzidis等^[65]制備出Sn-Pb混合摻雜的鈣鈦礦太陽能電池并通過改變Sn和Pb的比例來優化材料的帶隙寬度，并通過漫反射方式測定。圖2-27（a）中顯示了通過Kubelka-Munk UV-vis轉換過的CH₃NH₃Sn_1-xPb_xI₃系列化合物的近紅外光譜圖，根據反射率數據使用Kubelka-Munk方程計算得到了光吸收系數（α/S），α/S=（1-R）²/（2R），其中R是反射光的百分比，α和S分別是吸收和散射系數^[66]。從圖中可以注意到，按化學計量比摻入Sn后得到的CH₃NH₃Sn_1-xPb_xI₃固溶體帶隙可調范圍在1.17～1.55eV，光吸收范圍可以擴展到1060nm。在x=0.25和0.5時化合物顯示出最小的帶隙1.17eV，處于目前單結太陽能電池的最佳帶隙范圍（1.1～1.4eV）。通過紫外光電子能譜（UPS）進一步確定CH₃NH₃Sn_1-xPb_xI₃的價帶位置［圖2-27（b）］。當x從1減小到0.25時，價帶從純Pb的-5.45eV降至-5.77eV。同樣發現導帶能量也發生了相應的變化。

之后，Kanatzidis研究組^[62]再次制備了無鉛的CH₃NH₃SnI₃鈣鈦礦薄膜，并獲得了5.73%的光電轉換效率。該鈣鈦礦薄膜的制備使用一步旋涂法，使用的前驅體溶劑為DMF，器件結構為介觀結構（圖2-28）。

同時，他們通過Br^-的取代對電池效率及性能參數進行調控：隨著Br的增加，開路電壓呈上升趨勢，相應的電流密度會降低，電池效率呈現先上升，后下降的趨勢。這與Br含量的上升會使鈣鈦礦發生光學吸收藍移有關，最終得到的效果最佳鈣鈦礦成分是CH₃NH₃SnIBr₂。

在這之后，越來越多的研究采用Sn²⁺作為鈣鈦礦太陽能電池中Pb²⁺的替代離子，其中CsSnI₃是一種很特別的鈣鈦礦材料，在室溫下擁有兩種獨立的同質異形體的結構^[67-69]。一種是黑色的具有鈣鈦礦晶體結構的B-γ-CsSnI₃，另外一種是黃色雙鏈結構的Y-CsSnI₃。其中黃色雙鏈結構的Y-CsSnI₃沒有光伏特性。由于CsSnI₃中Sn的空位會導致材料產生金屬導電性，因此對Sn空位的調控就顯得尤為重要。Kumar等^[70]采用SnF₂摻雜對CsSnI₃中Sn空位進行了調控（圖2-29），通過減少材料中的Sn空位來減少材料的本征缺陷進而調控其金屬導電性。

上述SnF₂摻雜的鈣鈦礦薄膜的制備是通過一定的化學計量比混合CsI、SnI₂和SnF₂溶解在適當的溶劑中，旋涂后，在70℃下干燥獲得。圖2-29（a）中能看出CsSnI₃薄膜的吸光范圍相較于CH₃NH₃PbI₃更大，可利用部分近紅外光。圖2-29（b）顯示了加入不同比例的SnF₂后鈣鈦礦的X射線衍射圖譜。制備薄膜選用的是DMSO作為前驅體溶劑，當用DMF時卻很難得到這樣的結果，因為不同溶液處理會對鈣鈦礦的晶相形成有影響。電池器件結構如圖2-29（c）所示，導電FTO/致密TiO₂/介孔TiO₂/CsSnI₃/HTM/Au電極。通過不斷改變SnF₂的摻雜濃度，最終得到的太陽能電池的短路電流和開路電壓分別為22.70mA/cm²和0.24V，填充因子和能量轉換效率分別為0.37和2.02%^[71]。盡管這種材料擁有很高的光電流密度，但是B-γ-CsSnI₃暴露在空氣中易轉變成Y-CsSnI₃，因此很難得到純相并且高質量的連續薄膜，這就導致電池的輸出電壓過低，進而嚴重地影響了電池的效率。

Mathews等^[72]在CsSnI₃的基礎上，通過改變鹵素的種類和比例，對CsSnX₃這一系列的無機鹵素鈣鈦礦材料進行了深入研究，隨著Br在材料中所占比例的不斷增加，Sn空位越來越少，器件的開路電壓越來越大，當Br完全取代I時，開路電壓最大，達到0.4V。然而，這類Sn基鈣鈦礦材料對氧氣極為敏感，Sn²⁺在空氣條件下極易被氧化成Sn⁴⁺，環境穩定性不如傳統鉛系鈣鈦礦材料，這一缺點限制了這類材料在現階段光伏應用上的發展。

CsGeX₃也擁有類似的帶隙（CsGeI₃和CsGeBr₃分別為1.53eV和2.32eV）。從理論上來講CsGeX₃也可以被用作太陽能電池的光吸收材料^[73-75]，但是Ge較高的成本造成CsGeX₃鈣鈦礦太陽能電池并沒有很多的研究。Krishnamoorthy等^[92]合成出穩定的斜方六面體結構的CsGeI₃晶體，相比于CsSnI₃，CsGeI₃在工作溫度范圍之內不會發生相轉變，呈現良好的結構穩定性。然而，CsGeI₃中的Ge²⁺在空氣中也會發生氧化，其空氣穩定性較差，并且CsGeX₃在極性溶劑中的溶解度較差，很難形成質量較高的薄膜，因此該材料制備的太陽能電池開路電壓較低，能量轉換效率僅為0.11%。此外，由于存在Ge—Ge共價鍵具有很強的短程電勢作用，CsGeI₃中的I^?缺陷與CsSnI₃、MAPbI₃中的I^?缺陷相比是一種更深的電子缺陷，很大程度上限制了電子遷移，進而影響了太陽能電池的開路電壓^[76]。因此想要將CsGeI₃應用到光電領域還需要進一步的研究和完善。

（2）ABO₃氧化物鈣鈦礦材料

除了通常的鹵素鈣鈦礦材料之外，具有鐵電性能的氧化物鈣鈦礦材料也成為研究的對象之一^[77]。研究者發現材料的鐵電性對光電性能也有著很重要的影響。鐵電材料中的自發極化不僅可以促進光激發下電子空穴對的分離，還可以有效減少載流子的復合，從而提高太陽能電池的效率^[78]。Yang等^[79]以金屬有機化合物為前驅體通過化學氣相沉積法在（001）SrRuO₃基底上制備了BiFeO₃薄膜。相比其他氧化物鈣鈦礦材料，BiFeO₃具有相對較低的帶隙寬度（E_g=2.6eV）^[80-82]，并可通過優化反應條件來調控薄膜厚度。組裝后得到的太陽能電池的開路電壓（V_oc）為0.8～0.9V，外量子效率達到10%。但是氧化物鈣鈦礦在電池應用中涉及仍然很少，有待于進一步研究。

2.3.2.2　鹵素雙鈣鈦礦材料

與前述無機非鉛的ABX₃類鈣鈦礦材料類似，為了滿足材料的結構穩定性以及缺陷容忍度，鹵素雙鈣鈦礦材料A位置的取代仍然以離子半徑較大的Cs⁺為主。雙鈣鈦礦材料相比傳統ABX₃類鈣鈦礦材料，穩定性和環境友好性更好。此外，它們具有相對較窄的帶隙寬度（2.0eV左右）以及良好的光吸收性能，這一系列性質表明這類雙鈣鈦礦材料作為太陽能電池的吸光層具有很好的前景。

對于B、B′位置的取代，主要采用Sb³⁺、In³⁺、Bi³⁺以及Cu⁺、Au⁺、Ag⁺等陽離子，進而合成出一系列Cs₂BB′X₆結構的雙鈣鈦礦材料^[83]。Volonakis等^[84]通過第一性原理對一系列鹵素雙鈣鈦礦材料的帶隙進行了理論計算，分別用Bi³⁺、Sb³⁺和Ag⁺、Cu⁺、Au⁺對B、B′位進行取代，得出的各種組合的禁帶寬度和載流子有效質量如圖2-30所示。從中可以看出，這一系列材料的載流子有效質量m_e/m_h分布在0.1～0.4，帶隙寬度都小于2.7eV。

之后，Xiao等^[85]使用密度泛函理論（DFT）對Cs₂BiAgBr₆進行模擬，發現在Cs₂BiAgBr₆結構中Bi的缺陷是很深的受體缺陷，并且在富含Br的環境下會成為材料的主要缺陷。因此，在不含Br并且Bi很豐富的環境下進行晶體的生長能有效地阻止深缺陷的形成，從而有利于載流子的遷移，這對于提升器件的光電性能非常有利。Slavney等^[86]還合成了Cs₂BiAgBr₆單晶（圖2-31），并對Cs₂BiAgBr₆室溫條件下的瞬態光致發光性能進行了研究，結果發現，這種材料具有大概660ns的熒光壽命。這一數據遠遠優于MAPbBr₃（170ns），與MAPbI₃相當接近。

Cs₂BiAgBr₆晶體的合成方法如下：首先，將固體CsBr（0.426g，2.00mmol）和BiBr₃（0.449g，1.00mmol）溶于10mL大小溶液瓶裝有濃度為9mol/L的HBr中；接著，將固體AgBr（0.188g，1.00 mmol）加入到該溶液中，將小瓶蓋上蓋加熱至110℃并保持2h；然后，冷卻至室溫并放置約6h，從溶液中沉淀出橙色粉末；最后進行過濾和減壓干燥過夜，得到產物。通過以2℃/h控制冷卻速率獲得適于結構測定的晶體。通過以1℃/h冷卻至室溫獲得較大的晶體［如圖2-31（b）所示的晶體］。

盡管Cs₂BiAgBr₆在空氣和光照下數周之后會發生分解，但是相對于鉛基鈣鈦礦材料，其環境穩定性有較大提高。然而到目前為止，仍然沒有將這類鹵素雙元鈣鈦礦材料制備成太陽能電池器件的報道。一方面可能是因為沒有找到合適的空穴以及電子傳輸層材料，另一方面是因為目前很難制備出高質量的薄膜，因此在器件制作上有待進一步研究。

雖然絕大多數雙鈣鈦礦材料A位置都是使用Cs⁺進行取代，仍然有研究通過Rb⁺和Cs⁺的共摻雜來合成出AA′B₂X₆這一類雙鈣鈦礦材料。2016年，Gou等^[87]通過在CsSnI₃中摻雜Rb⁺，使Rb⁺和Cs⁺共同占據鈣鈦礦材料中A的位置，得到雙鈣鈦礦結構的（CsRb）Sn₂I₆材料。由于其中SnI₆八面體的旋轉和極化錯位的耦合作用，使其具有鐵電性，能夠有效促進光生載流子的分離，因此，這類材料有可能應用于太陽能電池。但是，目前還沒有從實驗室得到相關器件的制備報道。

2.3.3　鈣鈦礦衍生物

隨著對于鈣鈦礦材料的深入研究，除了典型鈣鈦礦結構的材料被廣泛應用于光電器件中，一系列結構類似于鈣鈦礦的材料也漸漸進入人們的視野。除了以上提到的ABX₃以及A₂BB′X₆這兩類無機的鈣鈦礦材料外，近兩年無機非鉛的類鈣鈦礦衍生材料也吸引了越來越多的關注。

2.3.3.1　Cs₂SnI₆

Cs₂SnI₆是一種無鉛帶有Sn的類鈣鈦礦結構材料。2016年，Saparov等^[88]通過兩步沉積法直接得到Cs₂SnI₆的連續薄膜，圖2-32展示了在FTO和介孔TiO₂層上Cs₂SnI₆薄膜的SEM圖，基于UV-vis測試表現出1.6eV的光學帶隙，這無疑是穩定性鈣鈦礦材料的又一種選擇。

研究人員通過熱失重分析（TGA）獲得這種材料的開始分解溫度為250℃，比鉛基鈣鈦礦要穩定得多。

2016年Qiu等^[72]研究發現，由于Sn的二價不穩定，CsSnI₃制成薄膜之后在空氣中會自發轉化成Cs₂SnI₆。他們通過二步法合成出質量較好的B-γ-CsSnI₃薄膜，進一步研究了薄膜在空氣中相變轉化，發現B-γ-CsSnI₃在空氣中能夠被氧化成Cs₂SnI₆類鈣鈦礦材料，其光學帶隙僅為1.48eV，光吸收系數超過10⁵cm^?1，是一種非常適合制備光電器件的材料。而且Cs₂SnI₆相比于傳統的鈣鈦礦材料擁有更好的熱穩定性和空氣濕度穩定性。通過TGA測試發現，Cs₂SnI₆在250℃的溫度下才會發生分解，意味著在自然溫度下能夠穩定存在。而通過XRD測試，發現這種材料暴露在空氣中2個月之后才會發生分解生成極其微量的CsI。實驗室最終得到的電池器件開路電壓和短路電流分別為0.51V和5.41mA/cm²，能量轉換效率最高達到0.96%（圖2-33）。

2.3.3.2　A₃B₂X₉

A₃B₂X₉是另一種具有代表性的類鈣鈦礦材料。通常采用Cs、Rb、K來占據A的位置，采用Bi、Sb來占據B的位置，制備得到不同晶體結構的類鈣鈦礦材料，這類材料的結構主要分成兩種，一種是六方密堆積結構，如Cs₃Cr₂Cl₉、Cs₃Bi₂I₉；另外一種是立方密堆積結構，其中具有代表性的是K₃Bi₂I₉^[89]。這一類材料的帶隙寬度都在2.0eV左右，雖然光吸收范圍比傳統的鈣鈦礦太陽能電池窄，但是其穩定性要比Pb系的鈣鈦礦太陽能電池好得多，而且金屬毒性要比Pb低很多。Byung-Wook Park等^[90]采用簡單的溶液法通過旋涂的相關步驟得到了Cs₃Bi₂I₉和MA₃Bi₂I₉的薄膜材料，基于Cs₃Bi₂I₉的電池得到了大于1%的轉換效率，MA₃Bi₂I₉的轉換效率為0.1%。

Bi基鈣鈦礦太陽能電池器件采用FTO/TiO₂致密層/介孔TiO₂層/鈣鈦礦吸收層/空穴傳輸層（HTM）/Ag電極的電池結構。性能測試結果顯示部分Cl替代I后并沒有起到優化的效果，反而產生較大差距。而Cs₃Bi₂I₉薄膜電池性能明顯優于MA₃Bi₂I₉，如圖2-34所示。電池器件性能較差的原因可能是傳輸中發生了非輻射復合，也可能是材料中存在額外的帶隙導致了更多的重組路徑，這樣嚴重的帶隙缺陷降低了電池性能。

丁建寧課題組^[92]通過水熱反應的方式在200℃下分別制備了毫米級別大小的單晶材料MA₃Bi₂I₉和Cs₃Bi₂I₉。單晶合成方法為：分別稱取0.7794g、1.1794g的CsI和BiI₃（摩爾比3∶2）于反應釜（量程為50mL），加入10mL氫碘酸、20mL去離子水，抽真空1h，密封后，在攪拌臺上攪拌30 min，然后放入烘箱中，200℃加熱12h，待烘箱自然降至室溫后，取出反應釜，有深紅色的結晶顆粒沉積在反應釜底部，用去離子水清洗數遍，最后用無水乙醇清洗，烘干，得到干凈的MA₃Bi₂I₉和Cs₃Bi₂I₉鈣鈦礦單晶材料。

將上述晶體溶于DMF/DMSO（體積比為4∶6）的混合溶劑中旋涂制得薄膜，電池器件采用介孔結構：FTO/TiO₂致密層/介孔TiO₂層/鈣鈦礦吸收層/空穴傳輸層/HTM/Au電極。最終MA₃Bi₂I₉和Cs₃Bi₂I₉的光電效率為0.2%和0.18%（圖2-35）。此外，測試了薄膜在自然環境（濕度為30%～80%，圖2-36）下的穩定性情況，結果顯示Cs₃Bi₂I₉薄膜放置6天后仍然沒有發生明顯變化。通過TRPL測試出MA₃Bi₂I₉和Cs₃Bi₂I₉的PL壽命分別為140ns和134ns，空間電荷限制電流（SCLC）測試得到兩者的遷移率分別為35cm²/（V·s）和31cm²/（V·s）。雖然沒有表現出更好的電池器件性能，但是在材料制備和性能測試上可以作為進一步參考。

為了找到結構與Cs₃Bi₂I₉類似，但是具有更小的帶隙且易于成膜的材料，人們對這一類Bi基鈣鈦礦衍生物材料進行了更深一步的探索。Sargent等^[93]將Ag離子摻雜到這種Bi基混合鈣鈦礦材料中，通過溶液法制備得到AgBi₂I₇薄膜，其帶隙僅為1.87eV。

薄膜及電池器件的制備如下：將碘化鉍（BiI，0.5087mmol，0.30g）和碘化銀（AgI，0.2544mmol，0.06g）溶解于正丁胺（3.0mL）中，攪拌30min以使其溶解。在濕度低于20%的環境中轉速6000r/min旋涂于潔凈的基底表面，然后立即將該薄膜轉移到充滿氮氣的手套箱中以備熱退火。以5℃/min的恒定加熱速率將所得的膜加熱至150℃，然后在該溫度下保持30min。之后將得到的薄膜驟冷至室溫，得到呈棕黑色的薄膜。通過不同的退火溫度得到的薄膜相貌區別很大，圖2-37中發現在90℃退火時基本不發生結晶，隨著退火溫度升高至110℃后薄膜產生結晶顆粒，當溫度到達150℃后，薄膜變得非常致密，并且結晶顆粒非常均勻，基本沒有針孔縫隙出現（圖2-37）。

AgBi₂I₇薄膜作為光吸收層制備的鈣鈦礦電池結構如圖2-38（a）所示，電池為介孔結構：FTO電極/致密TiO₂/介孔TiO₂/AgBi₂I₇吸收層/P3HT空穴層/Au電極。圖2-38（b）顯示了電流密度-電壓（J-V）特性，AgBi₂I₇太陽能電池器件在黑暗中測量或者在100mW/cm²、AM1.5G的照明下進行，得到的最好的電池參數為：電流密度J_sc為3.30mA/cm²，開路電壓V_oc為0.56V，填充因子FF為67.41%，轉換效率為1.22%。圖2-38（c）中可以看出外量子效率（EQE）在波長為740nm時達到了25%，積分得到的電流為3.30mA/cm²基本與短路電流保持了一致。圖2-38（d）中顯示了器件在空氣環境中10天左右并沒有影響到轉換效率。與先前所提到的一系列以Bi和I為基礎的類鈣鈦礦材料相比，其帶隙更窄，光譜吸收范圍更寬。制備得到的太陽能電池最高能量轉換效率達1.22%，在空氣中保存10天之后，其效率變為1.13%，電壓0.56V。

此后Johansson等^[94]通過溶液法制備出CsBi₃I₁₀，并將CsBi₃I₁₀與Cs₃Bi₂I₉進行對比，CsBi₃I₁₀的帶隙寬度E_g=1.77eV，吸收光譜達到700nm。CsBi₃I₁₀有著與Cs₃Bi₂I₉類似的層狀結構，另外它的表面形態也更為均勻。作者進而在相同的條件下制備出以CsBi₃I₁₀和Cs₃Bi₂I₉為吸光層的太陽能電池，電池結構以及SEM截面圖和電池性能曲線如圖2-39所示。

電池器件采用介孔結構：FTO/致密TiO₂/介孔TiO₂/CsBi₃I₁₀光吸收層/P3HT空穴層/Ag電極。薄膜呈分層片狀生長，電池參數：短路電流密度J_sc為3.4 mA/cm²，要比之前報道的Cs₃Bi₂I₉基鈣鈦礦電池2.2 mA/cm²略高，但是開路電壓和填充因子相對要小。

目前對類鈣鈦礦材料或鈣鈦礦衍生物材料的研究仍然較少，大多數研究主要針對其光電特性進行考察，對于器件的制作工藝和結構優化研究尚且缺乏。盡管從各方面性質來看，這類材料都能很好地滿足作為太陽能電池光吸收層的條件，但目前制作的器件普遍光電轉換效率不是很高。因此，如何對器件的各個組分及其界面進行優化，并根據不同的光吸收材料來匹配不同能級的空穴傳輸層和電子傳輸層材料就成為了以后研究中很重要的一個方向。

2.3.4　新型鈣鈦礦太陽能電池的發展前景

鈣鈦礦太陽能電池是由染料敏化太陽能電池衍化而來，最初為介觀結構。由于介孔骨架材料有許多空隙，可以使鈣鈦礦充分地填充進入空隙內部，有助于鈣鈦礦在介孔骨架上形成連續平整的薄膜，還能直接參與鈣鈦礦太陽能電池的載流子傳輸過程，因此選擇能帶合適的介孔材料就顯得尤為重要。在介觀鈣鈦礦太陽能電池的研究中，TiO₂納米顆粒最早用于構成介孔骨架，所以在新型鈣鈦礦太陽能電池中首先應用的也是這種介孔二氧化鈦作為電子傳輸層。通常使用的電池結構為：FTO導電玻璃/致密TiO₂/介孔TiO₂/鈣鈦礦層/Spiro-OMeTAD（HTM）/金屬電極。2015年，Park等^[90]用溶液配制的方式制備了MA₃Bi₂I₉和Cs₃Bi₂I₉兩種薄膜電池，也有研究者用類似方法再次證實了實驗的可行性。后來丁建寧課題組^[92]通過氣相沉積的方式用合成的Cs₃Bi₂I₉單晶材料制備出覆蓋率均勻的薄膜，但是由于真空環境下鈣鈦礦Cs₃Bi₂I₉會出現部分分解，所以在整個過程中需要快速閃蒸，這就限制了薄膜厚度，進而影響器件性能，但是表現出了優異的穩定性。

新型鈣鈦礦的出現，用無毒或低毒的元素取代了重金屬Pb，具有環境友好的特性，雖然由于擁有較寬的光學帶隙，一定程度上影響了對太陽光的利用，在目前報道的研究結果中不甚理想，但是如果能在特定環境或者在疊層器件上得到應用也是一種探索。因此，通過元素工程設計晶體結構穩定的鈣鈦礦材料，并能夠通過電池結構設計得到進一步優化，新型鈣鈦礦太陽能電池的穩定無毒性是有希望得到解決的。