近年來，有機金屬雜化鈣鈦礦薄膜因其優良的光電性能得到了廣泛的研究和關注，該材料太陽能電池的光電轉化效率已從2009年的3.8%，迅速地提升到了如今的22.1%，但其穩定性和大規模制備的挑戰仍然阻礙著鈣鈦礦電池的工業生產與應用。近日，香港中文大學電子工程系的鈣鈦礦太陽能電池研究團隊首次利用低分壓MA（甲胺）氣體，基于MA+HPbI3（氣+固）反應，實現了快速制備大面積、高效率、高結晶性及高穩定性的CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜。
為了達到高穩定性、大面積且易于制備等目標，該團隊提出并設計了一種氣體反應器，實現了在室溫和大氣環境下制備大面積高結晶性鈣鈦礦薄膜。這一簡易的制備方法通過使用氣體反應器調節MA氣體與空氣混合氣體的分壓，與已沉積好的HPbI3薄膜進行反應，能快速（30秒）且批量地制備出高質量的鈣鈦礦薄膜，其光電轉換效率達到了18.9%。由該方法制備的鈣鈦礦薄膜具有高取向性的結構，結晶性接近于單晶鈣鈦礦，表面的粗糙度極小，且組分中MA含量稍多于化學計量比。組分中富余的MA分子能起到晶粒之間的交聯作用，從而有利于晶體的高取向性和致密性。此外，富余的MA分子能夠在潮濕環境中與水分子結合，形成類似于鈣鈦礦的衍生物，從而阻止了水對鈣鈦礦結構本身的破壞，減緩了退化過程，從而大幅度地提高了薄膜濕度穩定性。研究結果表明，這一方法制備的鈣鈦礦薄膜能夠在約65%濕度的環境中維持其鈣鈦礦結晶性近兩個月，這種高穩定的CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜也是第一次在文獻中報道。同時，利用此氣—固反應過程和反應器，能夠制備出致密的大面積鈣鈦礦薄膜（5×5 cm2），這在工業化生產中具有很好的規模化優勢。該方法具有生產成本低、環境依賴性小、制備周期短、大面積制備、高效率及高穩定性等特點，將有力地推動鈣鈦礦太陽能電池的商業化應用，值得進一步研究。
這一成果近期發表在Nano Energy 雜志上。該課題組在鈣鈦礦電池研究方面取得了一系列的突破和成果，相關內容發表在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Energy Materials、Nano Energy 等期刊上，主要致力于有機—無機雜化鈣鈦礦反應和退化機理的研究，以提高其長期的濕度及熱穩定性。