有机无机杂化钙钛矿太阳电池凭借其转换效率高、制备工艺简单、成本低廉等诸多优点成为了新一代薄膜太阳电池技术的研究热点。然而当前高效率钙钛矿太阳电池主要采用三维（3D）相结构的钙钛矿薄膜，而3D钙钛矿存在稳定性不佳的问题，严重阻碍了钙钛矿电池商业化进程。相反，2D钙钛矿具备优异的稳定性，因此将2D和3D进行整合成为钙钛矿电池研究的前沿热点之一。
瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授课题组在常规的3D钙钛矿薄膜表面沉积一层具有超疏水特性的2D钙钛矿，大幅增强了薄膜的稳定性，同时2D钙钛矿增强了界面的空穴抽取，有效抑制非辐射复合，从而获得了高达22.2%的转换效率，创下了2D/3D复合钙钛矿电池效率新高。研究人员首先通过两步法制备了常规的3D相结构的钙钛矿薄膜，随后将其浸入碘化五氟苯乙基铵（FEAI）异丙醇溶液中，经高温退火处理使其结晶。紫外可见光谱测试显示，FEAI处理没有改变钙钛矿薄膜光的响应特性。但扫描电镜表征显示，FEAI处理后的钙钛矿薄膜表面形貌与未处理薄膜具有明显的差异性，意味着FEAI处理后的3D钙钛矿薄膜表面可能形成了新结构的薄膜。为了确认上述猜测，研究人员采用X射线光电子能谱和X射线能谱分析FEA+分布情况，结果显示FEA+均匀分布在3D钙钛矿薄膜表面。X射线反射率和掠入射X射线衍射进一步分析显示，FEAI处理的3D钙钛矿膜的XRD图谱是纯2D和3D相反射叠加的钙钛矿系统，意味着FEAI处理使得3D钙钛矿薄膜表面形成了一层2D钙钛矿薄膜，即形成了3D/2D复合钙钛矿薄膜。时间相关的光致发光谱（TRPL）显示，3D/2D复合钙钛矿载流子寿命较3D钙钛矿增加了一倍多，从950纳秒增加到了2550纳秒；并且空穴抽取效率测试显示3D/2D复合钙钛矿空穴抽取效率也更高。上述结果表明FEAI处理有效增强了空穴抽取，促进了电子和空穴分离，从而抑制了非辐射的复合，增强了载流子寿命。接着研究人员分别以3D钙钛矿和3D/2D钙钛矿为光敏层组装成电池器件，并进行光电化学性能测试，基于3D/2D复合钙钛矿的电池获得了1.096 V电池开路电压、25.8 mA/cm2短路电流和78.4%填充因子，光电转换效率高达22.2%，是迄今为止采用2D钙钛矿层的钙钛矿电池效率的最高值；相比之下，纯3D钙钛矿电池器件转换效率仅为20.6%。最后在40%湿度环境下，对未封装的器件稳定性开展测试，实验显示在一个标准太阳光辐照下连续运行1000小时后，3D钙钛矿电池效率大幅下降至初始值的43%，而3D/2D复合钙钛矿则仍保持了初始值的90%，展现出极其优异的稳定性。通过水接触角测量，3D/2D复合钙钛矿具有出色的耐湿性能，这主要归因于全氟化物的超疏水特性。
该项研究通过溶液浸润方法，创新设计合成了2D钙钛矿薄膜覆盖3D钙钛矿薄膜的3D/2D复合钙钛矿，由于2D钙钛矿的超疏水特性，提高了3D钙钛矿层的稳定性，同时2D钙钛矿层增强了界面空穴抽取，有效抑制了非辐射复合，从而在保障电池高性能的前提下大幅提升了电池稳定性，为设计开发高效稳定钙钛矿电池开辟了新思路。相关研究成果发表在《Science Advances》 。
