2.3 无铅钙钛矿光伏材料制备方法及性能研究
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其光吸收效率高、载流子寿命长、晶格缺陷容忍度高、能带可调等优点得到迅速发展。然而，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池也存在一些缺陷，如铅的毒性和材料的不稳定性。无机非铅类钙钛矿太阳能电池（ABX3、A2BB′X6等）利用Sn、Ge、Bi、Ag等金属取代铅，以Cs、Rb等取代甲胺，希望解决目前钙钛矿太阳能电池的毒性和稳定性问题。无机钙钛矿太阳能电池主要是指无机含铅钙钛矿和无机非铅类钙钛矿太阳能电池。因为ABX3是立方晶型，其前提是材料的容差因子0.78<T<1.05，即A离子半径（rA）要远大于B离子半径（rB），而在无机一价阳离子中，Cs+离子半径是最大的，因此Cs+被广泛应用于ABX3钙钛矿结构的A位置的替位。但是无机含铅钙钛矿（CsPbI3）结构也不稳定。无机非铅类钙钛矿太阳能电池（ABX3、A2BB′X6）是利用Sn、Ge、Bi、Ag等金属替位铅，以Cs、Rb等替位甲胺基团。
2.3.1 新型无铅类钙钛矿光伏材料的出现
2014年，Hao等[61]以CH3NH3SnBrxI3−x作为光吸收层，通过改变溴和碘的比例对材料的带隙进行调控，得到了光电转换效率达5.73%的太阳能电池[62]。这是首次出现以无铅钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池，从而翻开了无铅钙钛矿太阳能电池的新一页，并为其进一步发展奠定了重要基础。但是，这种材料与传统钙钛矿材料类似，其热稳定性以及环境稳定性并不理想，从而制约了该材料作为太阳能电池吸光层的进一步发展[63，64]。在这种情况下，人们开始尝试利用稳定的无机阳离子来取代有机阳离子以构建高效稳定的钙钛矿太阳能电池。最近，一些科研工作者通过同时替换传统有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的有机阳离子和铅离子，在提高无机非铅类钙钛矿太阳能电池的光吸收性能、量子转换效率、环境稳定性和友好性等方面取得了一定的进展，使得无机非铅类太阳能电池崭露头角，显示出一定的发展潜力。
2.3.2 非铅类钙钛矿的研究现状
2.3.2.1 ABX3非铅类钙钛矿薄膜材料
目前，在绝大多数无机钙钛矿材料中，A位置的取代离子主要是Cs+。与A位置的Cs+取代不同，B位置的取代离子就显得丰富了很多，很多与Pb2+性质类似的二价阳离子都拥有很好的取代B位置的潜力。
（1）CsSnX3和CsGeX3
Sn、Ge与Pb处于同一主族，具有与Pb元素类似的电子分布。2014年，Kanatzidis等[65]制备出Sn-Pb混合掺杂的钙钛矿太阳能电池并通过改变Sn和Pb的比例来优化材料的带隙宽度，并通过漫反射方式测定。图2-27（a）中显示了通过Kubelka-Munk UV-vis转换过的CH3NH3Sn1-xPbxI3系列化合物的近红外光谱图，根据反射率数据使用Kubelka-Munk方程计算得到了光吸收系数（α/S），α/S=（1-R）2/（2R），其中R是反射光的百分比，α和S分别是吸收和散射系数[66]。从图中可以注意到，按化学计量比掺入Sn后得到的CH3NH3Sn1-xPbxI3固溶体带隙可调范围在1.17～1.55eV，光吸收范围可以扩展到1060nm。在x=0.25和0.5时化合物显示出最小的带隙1.17eV，处于目前单结太阳能电池的最佳带隙范围（1.1～1.4eV）。通过紫外光电子能谱（UPS）进一步确定CH3NH3Sn1-xPbxI3的价带位置［图2-27（b）］。当x从1减小到0.25时，价带从纯Pb的-5.45eV降至-5.77eV。同样发现导带能量也发生了相应的变化。
图2-27 CH3NH3Sn1-xPbxI3的吸收光谱和能级[65]
之后，Kanatzidis研究组[62]再次制备了无铅的CH3NH3SnI3钙钛矿薄膜，并获得了5.73%的光电转换效率。该钙钛矿薄膜的制备使用一步旋涂法，使用的前驱体溶剂为DMF，器件结构为介观结构（图2-28）。
图2-28 CH3NH3SnI3-xBrx钙钛矿电池截面SEM图（右边为电池实物图）[62]
同时，他们通过Br-的取代对电池效率及性能参数进行调控：随着Br的增加，开路电压呈上升趋势，相应的电流密度会降低，电池效率呈现先上升，后下降的趋势。这与Br含量的上升会使钙钛矿发生光学吸收蓝移有关，最终得到的效果最佳钙钛矿成分是CH3NH3SnIBr2。
在这之后，越来越多的研究采用Sn2+作为钙钛矿太阳能电池中Pb2+的替代离子，其中CsSnI3是一种很特别的钙钛矿材料，在室温下拥有两种独立的同质异形体的结构[67-69]。一种是黑色的具有钙钛矿晶体结构的B-γ-CsSnI3，另外一种是黄色双链结构的Y-CsSnI3。其中黄色双链结构的Y-CsSnI3没有光伏特性。由于CsSnI3中Sn的空位会导致材料产生金属导电性，因此对Sn空位的调控就显得尤为重要。Kumar等[70]采用SnF2掺杂对CsSnI3中Sn空位进行了调控（图2-29），通过减少材料中的Sn空位来减少材料的本征缺陷进而调控其金属导电性。
图2-29 采用SnF2掺杂对CsSnI3中Sn空位的调控[70]
（a）CsSnI3的光学吸收范围与CH3NH3PbI3对比（插图为钙钛矿结构）；（b）掺入不同比例的SnF2后对应的CsSnI3的XRD图；（c）电池结构示意及截面SEM图
上述SnF2掺杂的钙钛矿薄膜的制备是通过一定的化学计量比混合CsI、SnI2和SnF2溶解在适当的溶剂中，旋涂后，在70℃下干燥获得。图2-29（a）中能看出CsSnI3薄膜的吸光范围相较于CH3NH3PbI3更大，可利用部分近红外光。图2-29（b）显示了加入不同比例的SnF2后钙钛矿的X射线衍射图谱。制备薄膜选用的是DMSO作为前驱体溶剂，当用DMF时却很难得到这样的结果，因为不同溶液处理会对钙钛矿的晶相形成有影响。电池器件结构如图2-29（c）所示，导电FTO/致密TiO2/介孔TiO2/CsSnI3/HTM/Au电极。通过不断改变SnF2的掺杂浓度，最终得到的太阳能电池的短路电流和开路电压分别为22.70mA/cm2和0.24V，填充因子和能量转换效率分别为0.37和2.02%[71]。尽管这种材料拥有很高的光电流密度，但是B-γ-CsSnI3暴露在空气中易转变成Y-CsSnI3，因此很难得到纯相并且高质量的连续薄膜，这就导致电池的输出电压过低，进而严重地影响了电池的效率。
Mathews等[72]在CsSnI3的基础上，通过改变卤素的种类和比例，对CsSnX3这一系列的无机卤素钙钛矿材料进行了深入研究，随着Br在材料中所占比例的不断增加，Sn空位越来越少，器件的开路电压越来越大，当Br完全取代I时，开路电压最大，达到0.4V。然而，这类Sn基钙钛矿材料对氧气极为敏感，Sn2+在空气条件下极易被氧化成Sn4+，环境稳定性不如传统铅系钙钛矿材料，这一缺点限制了这类材料在现阶段光伏应用上的发展。
CsGeX3也拥有类似的带隙（CsGeI3和CsGeBr3分别为1.53eV和2.32eV）。从理论上来讲CsGeX3也可以被用作太阳能电池的光吸收材料[73-75]，但是Ge较高的成本造成CsGeX3钙钛矿太阳能电池并没有很多的研究。Krishnamoorthy等[92]合成出稳定的斜方六面体结构的CsGeI3晶体，相比于CsSnI3，CsGeI3在工作温度范围之内不会发生相转变，呈现良好的结构稳定性。然而，CsGeI3中的Ge2+在空气中也会发生氧化，其空气稳定性较差，并且CsGeX3在极性溶剂中的溶解度较差，很难形成质量较高的薄膜，因此该材料制备的太阳能电池开路电压较低，能量转换效率仅为0.11%。此外，由于存在Ge—Ge共价键具有很强的短程电势作用，CsGeI3中的I−缺陷与CsSnI3、MAPbI3中的I−缺陷相比是一种更深的电子缺陷，很大程度上限制了电子迁移，进而影响了太阳能电池的开路电压[76]。因此想要将CsGeI3应用到光电领域还需要进一步的研究和完善。
（2）ABO3氧化物钙钛矿材料
除了通常的卤素钙钛矿材料之外，具有铁电性能的氧化物钙钛矿材料也成为研究的对象之一[77]。研究者发现材料的铁电性对光电性能也有着很重要的影响。铁电材料中的自发极化不仅可以促进光激发下电子空穴对的分离，还可以有效减少载流子的复合，从而提高太阳能电池的效率[78]。Yang等[79]以金属有机化合物为前驱体通过化学气相沉积法在（001）SrRuO3基底上制备了BiFeO3薄膜。相比其他氧化物钙钛矿材料，BiFeO3具有相对较低的带隙宽度（Eg=2.6eV）[80-82]，并可通过优化反应条件来调控薄膜厚度。组装后得到的太阳能电池的开路电压（Voc）为0.8～0.9V，外量子效率达到10%。但是氧化物钙钛矿在电池应用中涉及仍然很少，有待于进一步研究。
2.3.2.2 卤素双钙钛矿材料
与前述无机非铅的ABX3类钙钛矿材料类似，为了满足材料的结构稳定性以及缺陷容忍度，卤素双钙钛矿材料A位置的取代仍然以离子半径较大的Cs+为主。双钙钛矿材料相比传统ABX3类钙钛矿材料，稳定性和环境友好性更好。此外，它们具有相对较窄的带隙宽度（2.0eV左右）以及良好的光吸收性能，这一系列性质表明这类双钙钛矿材料作为太阳能电池的吸光层具有很好的前景。
对于B、B′位置的取代，主要采用Sb3+、In3+、Bi3+以及Cu+、Au+、Ag+等阳离子，进而合成出一系列Cs2BB′X6结构的双钙钛矿材料[83]。Volonakis等[84]通过第一性原理对一系列卤素双钙钛矿材料的带隙进行了理论计算，分别用Bi3+、Sb3+和Ag+、Cu+、Au+对B、B′位进行取代，得出的各种组合的禁带宽度和载流子有效质量如图2-30所示。从中可以看出，这一系列材料的载流子有效质量me/mh分布在0.1～0.4，带隙宽度都小于2.7eV。
图2-30 各元素组分下禁带宽度和载流子有效质量[84]
之后，Xiao等[85]使用密度泛函理论（DFT）对Cs2BiAgBr6进行模拟，发现在Cs2BiAgBr6结构中Bi的缺陷是很深的受体缺陷，并且在富含Br的环境下会成为材料的主要缺陷。因此，在不含Br并且Bi很丰富的环境下进行晶体的生长能有效地阻止深缺陷的形成，从而有利于载流子的迁移，这对于提升器件的光电性能非常有利。Slavney等[86]还合成了Cs2BiAgBr6单晶（图2-31），并对Cs2BiAgBr6室温条件下的瞬态光致发光性能进行了研究，结果发现，这种材料具有大概660ns的荧光寿命。这一数据远远优于MAPbBr3（170ns），与MAPbI3相当接近。
图2-31 双钙钛矿Cs2BiAgBr6结构[86]
（a）Cs2BiAgBr6晶体结构示意图，橙色、灰色、绿松石和棕色的球体分别代表Bi、Ag、Cs和Br原子；（b）Cs2BiAgBr6单晶照片；（c）（a）中的Bi3+面心立方子晶格组成边共享四面体
Cs2BiAgBr6晶体的合成方法如下：首先，将固体CsBr（0.426g，2.00mmol）和BiBr3（0.449g，1.00mmol）溶于10mL大小溶液瓶装有浓度为9mol/L的HBr中；接着，将固体AgBr（0.188g，1.00 mmol）加入到该溶液中，将小瓶盖上盖加热至110℃并保持2h；然后，冷却至室温并放置约6h，从溶液中沉淀出橙色粉末；最后进行过滤和减压干燥过夜，得到产物。通过以2℃/h控制冷却速率获得适于结构测定的晶体。通过以1℃/h冷却至室温获得较大的晶体［如图2-31（b）所示的晶体］。
尽管Cs2BiAgBr6在空气和光照下数周之后会发生分解，但是相对于铅基钙钛矿材料，其环境稳定性有较大提高。然而到目前为止，仍然没有将这类卤素双元钙钛矿材料制备成太阳能电池器件的报道。一方面可能是因为没有找到合适的空穴以及电子传输层材料，另一方面是因为目前很难制备出高质量的薄膜，因此在器件制作上有待进一步研究。
虽然绝大多数双钙钛矿材料A位置都是使用Cs+进行取代，仍然有研究通过Rb+和Cs+的共掺杂来合成出AA′B2X6这一类双钙钛矿材料。2016年，Gou等[87]通过在CsSnI3中掺杂Rb+，使Rb+和Cs+共同占据钙钛矿材料中A的位置，得到双钙钛矿结构的（CsRb）Sn2I6材料。由于其中SnI6八面体的旋转和极化错位的耦合作用，使其具有铁电性，能够有效促进光生载流子的分离，因此，这类材料有可能应用于太阳能电池。但是，目前还没有从实验室得到相关器件的制备报道。
2.3.3 钙钛矿衍生物
随着对于钙钛矿材料的深入研究，除了典型钙钛矿结构的材料被广泛应用于光电器件中，一系列结构类似于钙钛矿的材料也渐渐进入人们的视野。除了以上提到的ABX3以及A2BB′X6这两类无机的钙钛矿材料外，近两年无机非铅的类钙钛矿衍生材料也吸引了越来越多的关注。
2.3.3.1 Cs2SnI6
Cs2SnI6是一种无铅带有Sn的类钙钛矿结构材料。2016年，Saparov等[88]通过两步沉积法直接得到Cs2SnI6的连续薄膜，图2-32展示了在FTO和介孔TiO2层上Cs2SnI6薄膜的SEM图，基于UV-vis测试表现出1.6eV的光学带隙，这无疑是稳定性钙钛矿材料的又一种选择。
图2-32 Cs2SnI6薄膜SEM图[88]
（a）FTO上沉积薄膜；（b）介孔TiO2基底上沉积薄膜
研究人员通过热失重分析（TGA）获得这种材料的开始分解温度为250℃，比铅基钙钛矿要稳定得多。
2016年Qiu等[72]研究发现，由于Sn的二价不稳定，CsSnI3制成薄膜之后在空气中会自发转化成Cs2SnI6。他们通过二步法合成出质量较好的B-γ-CsSnI3薄膜，进一步研究了薄膜在空气中相变转化，发现B-γ-CsSnI3在空气中能够被氧化成Cs2SnI6类钙钛矿材料，其光学带隙仅为1.48eV，光吸收系数超过105cm−1，是一种非常适合制备光电器件的材料。而且Cs2SnI6相比于传统的钙钛矿材料拥有更好的热稳定性和空气湿度稳定性。通过TGA测试发现，Cs2SnI6在250℃的温度下才会发生分解，意味着在自然温度下能够稳定存在。而通过XRD测试，发现这种材料暴露在空气中2个月之后才会发生分解生成极其微量的CsI。实验室最终得到的电池器件开路电压和短路电流分别为0.51V和5.41mA/cm2，能量转换效率最高达到0.96%（图2-33）。
图2-33 Cs2SnI6钙钛矿太阳能电池结构示意及J-V曲线[87]
2.3.3.2 A3B2X9
A3B2X9是另一种具有代表性的类钙钛矿材料。通常采用Cs、Rb、K来占据A的位置，采用Bi、Sb来占据B的位置，制备得到不同晶体结构的类钙钛矿材料，这类材料的结构主要分成两种，一种是六方密堆积结构，如Cs3Cr2Cl9、Cs3Bi2I9；另外一种是立方密堆积结构，其中具有代表性的是K3Bi2I9[89]。这一类材料的带隙宽度都在2.0eV左右，虽然光吸收范围比传统的钙钛矿太阳能电池窄，但是其稳定性要比Pb系的钙钛矿太阳能电池好得多，而且金属毒性要比Pb低很多。Byung-Wook Park等[90]采用简单的溶液法通过旋涂的相关步骤得到了Cs3Bi2I9和MA3Bi2I9的薄膜材料，基于Cs3Bi2I9的电池得到了大于1%的转换效率，MA3Bi2I9的转换效率为0.1%。
Bi基钙钛矿太阳能电池器件采用FTO/TiO2致密层/介孔TiO2层/钙钛矿吸收层/空穴传输层（HTM）/Ag电极的电池结构。性能测试结果显示部分Cl替代I后并没有起到优化的效果，反而产生较大差距。而Cs3Bi2I9薄膜电池性能明显优于MA3Bi2I9，如图2-34所示。电池器件性能较差的原因可能是传输中发生了非辐射复合，也可能是材料中存在额外的带隙导致了更多的重组路径，这样严重的带隙缺陷降低了电池性能。
图2-34 （a）Bi基钙钛矿太阳能电池的横截面SEM图；（b）电池的J-V曲线；（c）三种不同材料的太阳能电池的IPCE曲线[90]
丁建宁课题组[92]通过水热反应的方式在200℃下分别制备了毫米级别大小的单晶材料MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9。单晶合成方法为：分别称取0.7794g、1.1794g的CsI和BiI3（摩尔比3∶2）于反应釜（量程为50mL），加入10mL氢碘酸、20mL去离子水，抽真空1h，密封后，在搅拌台上搅拌30 min，然后放入烘箱中，200℃加热12h，待烘箱自然降至室温后，取出反应釜，有深红色的结晶颗粒沉积在反应釜底部，用去离子水清洗数遍，最后用无水乙醇清洗，烘干，得到干净的MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9钙钛矿单晶材料。
将上述晶体溶于DMF/DMSO（体积比为4∶6）的混合溶剂中旋涂制得薄膜，电池器件采用介孔结构：FTO/TiO2致密层/介孔TiO2层/钙钛矿吸收层/空穴传输层/HTM/Au电极。最终MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9的光电效率为0.2%和0.18%（图2-35）。此外，测试了薄膜在自然环境（湿度为30%～80%，图2-36）下的稳定性情况，结果显示Cs3Bi2I9薄膜放置6天后仍然没有发生明显变化。通过TRPL测试出MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9的PL寿命分别为140ns和134ns，空间电荷限制电流（SCLC）测试得到两者的迁移率分别为35cm2/（V·s）和31cm2/（V·s）。虽然没有表现出更好的电池器件性能，但是在材料制备和性能测试上可以作为进一步参考。
图2-35 MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9 晶体以及电池截面SEM和效率图[92]
图2-36 薄膜在自然环境中的外观变化和XRD变化[92]
为了找到结构与Cs3Bi2I9类似，但是具有更小的带隙且易于成膜的材料，人们对这一类Bi基钙钛矿衍生物材料进行了更深一步的探索。Sargent等[93]将Ag离子掺杂到这种Bi基混合钙钛矿材料中，通过溶液法制备得到AgBi2I7薄膜，其带隙仅为1.87eV。
薄膜及电池器件的制备如下：将碘化铋（BiI，0.5087mmol，0.30g）和碘化银（AgI，0.2544mmol，0.06g）溶解于正丁胺（3.0mL）中，搅拌30min以使其溶解。在湿度低于20%的环境中转速6000r/min旋涂于洁净的基底表面，然后立即将该薄膜转移到充满氮气的手套箱中以备热退火。以5℃/min的恒定加热速率将所得的膜加热至150℃，然后在该温度下保持30min。之后将得到的薄膜骤冷至室温，得到呈棕黑色的薄膜。通过不同的退火温度得到的薄膜相貌区别很大，图2-37中发现在90℃退火时基本不发生结晶，随着退火温度升高至110℃后薄膜产生结晶颗粒，当温度到达150℃后，薄膜变得非常致密，并且结晶颗粒非常均匀，基本没有针孔缝隙出现（图2-37）。
图2-37 退火温度对溶液法制备AgBi2I7薄膜的形貌影响[93]
AgBi2I7薄膜作为光吸收层制备的钙钛矿电池结构如图2-38（a）所示，电池为介孔结构：FTO电极/致密TiO2/介孔TiO2/AgBi2I7吸收层/P3HT空穴层/Au电极。图2-38（b）显示了电流密度-电压（J-V）特性，AgBi2I7太阳能电池器件在黑暗中测量或者在100mW/cm2、AM1.5G的照明下进行，得到的最好的电池参数为：电流密度Jsc为3.30mA/cm2，开路电压Voc为0.56V，填充因子FF为67.41%，转换效率为1.22%。图2-38（c）中可以看出外量子效率（EQE）在波长为740nm时达到了25%，积分得到的电流为3.30mA/cm2基本与短路电流保持了一致。图2-38（d）中显示了器件在空气环境中10天左右并没有影响到转换效率。与先前所提到的一系列以Bi和I为基础的类钙钛矿材料相比，其带隙更窄，光谱吸收范围更宽。制备得到的太阳能电池最高能量转换效率达1.22%，在空气中保存10天之后，其效率变为1.13%，电压0.56V。
图2-38 AgBi2I7电池表征[93]
（a）电池截面SEM图；（b）在光照和黑暗条件下的J-V曲线（面积0.049cm2）；（c）量子效率EQE图谱；（d）稳定性测试统计图
此后Johansson等[94]通过溶液法制备出CsBi3I10，并将CsBi3I10与Cs3Bi2I9进行对比，CsBi3I10的带隙宽度Eg=1.77eV，吸收光谱达到700nm。CsBi3I10有着与Cs3Bi2I9类似的层状结构，另外它的表面形态也更为均匀。作者进而在相同的条件下制备出以CsBi3I10和Cs3Bi2I9为吸光层的太阳能电池，电池结构以及SEM截面图和电池性能曲线如图2-39所示。
图2-39 Bi基太阳能电池[94]
（a）CsBi3I10太阳能电池结构；（b）电池截面SEM图；（c）BiI3、Cs3Bi2I9和CsBi3I10太阳能电池J-V曲线；（d）电池的IPCE图
电池器件采用介孔结构：FTO/致密TiO2/介孔TiO2/CsBi3I10光吸收层/P3HT空穴层/Ag电极。薄膜呈分层片状生长，电池参数：短路电流密度Jsc为3.4 mA/cm2，要比之前报道的Cs3Bi2I9基钙钛矿电池2.2 mA/cm2略高，但是开路电压和填充因子相对要小。
目前对类钙钛矿材料或钙钛矿衍生物材料的研究仍然较少，大多数研究主要针对其光电特性进行考察，对于器件的制作工艺和结构优化研究尚且缺乏。尽管从各方面性质来看，这类材料都能很好地满足作为太阳能电池光吸收层的条件，但目前制作的器件普遍光电转换效率不是很高。因此，如何对器件的各个组分及其界面进行优化，并根据不同的光吸收材料来匹配不同能级的空穴传输层和电子传输层材料就成为了以后研究中很重要的一个方向。
2.3.4 新型钙钛矿太阳能电池的发展前景
钙钛矿太阳能电池是由染料敏化太阳能电池衍化而来，最初为介观结构。由于介孔骨架材料有许多空隙，可以使钙钛矿充分地填充进入空隙内部，有助于钙钛矿在介孔骨架上形成连续平整的薄膜，还能直接参与钙钛矿太阳能电池的载流子传输过程，因此选择能带合适的介孔材料就显得尤为重要。在介观钙钛矿太阳能电池的研究中，TiO2纳米颗粒最早用于构成介孔骨架，所以在新型钙钛矿太阳能电池中首先应用的也是这种介孔二氧化钛作为电子传输层。通常使用的电池结构为：FTO导电玻璃/致密TiO2/介孔TiO2/钙钛矿层/Spiro-OMeTAD（HTM）/金属电极。2015年，Park等[90]用溶液配制的方式制备了MA3Bi2I9和Cs3Bi2I9两种薄膜电池，也有研究者用类似方法再次证实了实验的可行性。后来丁建宁课题组[92]通过气相沉积的方式用合成的Cs3Bi2I9单晶材料制备出覆盖率均匀的薄膜，但是由于真空环境下钙钛矿Cs3Bi2I9会出现部分分解，所以在整个过程中需要快速闪蒸，这就限制了薄膜厚度，进而影响器件性能，但是表现出了优异的稳定性。
新型钙钛矿的出现，用无毒或低毒的元素取代了重金属Pb，具有环境友好的特性，虽然由于拥有较宽的光学带隙，一定程度上影响了对太阳光的利用，在目前报道的研究结果中不甚理想，但是如果能在特定环境或者在叠层器件上得到应用也是一种探索。因此，通过元素工程设计晶体结构稳定的钙钛矿材料，并能够通过电池结构设计得到进一步优化，新型钙钛矿太阳能电池的稳定无毒性是有希望得到解决的。