钙钛矿材料因其优异的光电性能，广泛应用于太阳能电池、光电探测器和光电催化等领域。与传统的硅基材料相比，钙钛矿材料具有较高的光电转换效率、较低的生产成本和灵活的光电性质调控等优点，尤其在钙钛矿太阳能电池（PSC）领域，已展现出超过 25% 的光电转换效率。
然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性仍是制约其商业化应用的主要问题，尤其是紫外光照射和高温环境下的退化现象。为了解决这一问题，研究者们提出了采用二维（2D）钙钛矿层与三维（3D）钙钛矿层结合的异质结构，以提高太阳能电池的稳定性和性能。
针对这一挑战，美国麻省理工学院（MIT）Moungi G. Bawendi教授（2023年诺贝尔化学奖得主）、美国国家可再生能源实验室（NREL）朱凯研究员携手在Science期刊上发表了题为“Spontaneous formation of robust two-dimensional perovskite phases”的最新论文。
该团队设计并制备了基于辛基铵和甲基铵阳离子的二维钙钛矿层，利用混合溶剂（包括二甲基亚砜和异丙醇）自发形成相纯的二维钙钛矿层，显著提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电性能。通过调节二维钙钛矿层的结晶度和相纯度，研究人员成功构建了具有较高结晶度的二维/三维钙钛矿双层异质结构，并在此基础上制造出了效率为25.9%的钙钛矿太阳能电池。该电池在85°C下经过最大功率点跟踪1074小时后，仍然保持了91%的初始性能，表现出了优异的耐久性和光稳定性。
该团队的工作突破了传统钙钛矿太阳能电池在长时间紫外照射下性能衰退的问题，通过精准控制二维钙钛矿层的形成和稳定性，成功提升了器件的长期稳定性。研究表明，过量的PbI2在二维钙钛矿层的形成过程中发挥了重要作用，有助于提高相纯度和结晶度，从而增强器件的稳定性。这一研究成果为钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了新的技术路径，并为提高钙钛矿材料的光电性能和稳定性提供了理论依据。
图1. 2D钙钛矿形成和结晶度。
图2. 对不同2D制造系统、潜在均匀性和载流子动力学扩展。
图3. 设备性能和稳定性。
图4. 2D钙钛矿中间层的演变。
二维/三维钙钛矿双层异质结构的设计展示了二维钙钛矿层在钝化缺陷、控制电荷输运以及增强材料稳定性方面的关键作用。通过精确调控二维钙钛矿层的结晶度和相纯度，研究人员成功解决了紫外照射和高温环境下的钙钛矿退化问题，延长了器件的使用寿命。
其次，实验表明，过量的PbI2不仅能够促进二维钙钛矿层的形成，还在提高材料相纯度和结晶度方面发挥了重要作用，这为未来钙钛矿太阳能电池的制备提供了新的思路。
该研究还揭示了二维层的动态演变过程，强调了材料稳定性在长时间使用中的重要性，为未来开发更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池提供了理论依据和技术路径。因此，如何通过材料设计和结构调控提升器件的长期稳定性，将成为未来钙钛矿太阳能电池研究中的关键方向。
Shaun Tan et al. ,Spontaneous formation of robust two-dimensional perovskite phases.Science ,639-645(2025).DOI:10.1126/science.adr1334