傳統的太陽能電池是由矽製成的，它具有很高的效率和穩定性，但生產成本很高，而且只能在剛性的面板上製造。鈣鈦礦太陽能電池提供了一個令人感興趣的替代方案；它們可以從油墨中打印出來，使其成本低、薄、重量輕、效率高。然而，它們在效率方面落後於矽太陽能電池，更關鍵的是穩定性，在正常環境下會出現故障。被稱為二茂鐵的新型含金屬材料可能能夠幫助解決這些問題。

來自香港城市大學（CityU）的研究人員將倫敦帝國理工學院研究人員製造的二茂鐵加入到鈣鈦礦太陽能電池中，極大地提高了其效率和穩定性。該成果於4月21日發表在《科學》雜誌上。

共同第一作者、帝國理工學院化學系的Nicholas Long教授說：“矽電池高效但昂貴，我們迫切需要新的太陽能設備來加速向可再生能源過渡。穩定而高效的鈣鈦礦電池最終可以使太陽能被用於更多的應用–從為發展中國家供電到為新一代的可穿戴設備充電。”

“我們與香港同事的合作是非常偶然的，在我做了一個關於新的二茂鐵化合物的演講後，遇到了城大的朱宗龍博士，他讓我送一些樣品過去。在幾個月內，城大的團隊告訴我們結果是令人興奮的，並要求我們發送更多的樣品，開始了一項研究計劃，其結果是更有效和更穩定的鈣鈦礦裝置。”

鈣鈦礦形成了太陽能電池設備的”光收集”層。然而，與硅基太陽能電池相比，這些設備將太陽能轉化為電能的效率較低，主要是因為電子的”流動性”較低–它們從採集層移動到電力轉換層的能力較低。

二茂鐵是以鐵為中心，由碳的夾層環包圍的化合物。二茂鐵的獨特結構在1952年首次被帝國理工學院的諾貝爾獎獲得者杰弗裡·威爾金森教授所認識，並且二茂鐵至今仍因其獨特的特性在世界各地被研究。它們的結構賦予它們的一個特性是出色的電子豐度，在這種情況下，電子可以更容易地從鈣鈦礦層移動到後續層，提高將太陽能轉換為電能的效率。

城大團隊和商業實驗室進行的測試表明，添加了二茂鐵層的鈣鈦礦裝置的效率可以達到25%，接近於傳統矽電池的效率。

但這並不是二茂鐵基材料解決的唯一問題。帝國理工學院的團隊一直在實驗將不同的化學基團附著在二茂鐵的碳環上，在向香港團隊發送了由博士生Stephanie Sheppard製作的幾個版本後，合作者發現了一個版本，該版本大大改善了鈣鈦礦層與設備其他部分的附著力。

這種增加的附著力提高了設備的穩定性，這意味著它們在以最大功率連續工作1500小時後，仍能保持其初始效率的98%以上。由於添加了二茂鐵層而獲得的效率和穩定性使這些鈣鈦礦裝置接近於目前傳統矽電池的國際標準。

來自城大的首席研究員朱宗龍博士說：“我們是第一個成功將倒置的鈣鈦礦太陽能電池提升到25%的創紀錄高效率並通過國際電工委員會規定的穩定性測試的團隊。”

該團隊已經為他們的設計申請了專利，並希望獲得許可，最終將他們的鈣鈦礦設備推向市場。同時，他們正在試驗不同的二茂鐵設計，以進一步提高設備的性能和穩定性。