尽管单结钙钛矿太阳电池效率已经突破24%，但与其理论极限转换效率（30.5%）相比还有很大的提升空间。目前主流研究主要聚焦在多晶钙钛矿薄膜器件，尽管该薄膜类型的器件效率较高，但由于多晶结构（多晶导致大量晶界和缺陷存在，引起载流子复合损失）导致基于该类薄膜电池器件的填充因子不是特别理想（目前大多数低于80%，而理论极限则是90%）。因此通过提升填充因子能够有效改善器件性能。阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr教授课题组采用液相法制备了厚达20 µm的甲基胺铅碘（MAPbI3）单晶薄膜，有效克服了多晶薄膜表面晶界面缺陷，显著提升了填充因子，高达83.5%，进而获得了高达21.09%的转换效率，创造了单晶钙钛矿太阳电池转换效率新纪录。
研究人员首先采用溶液空间限制的反温晶体工艺，在涂覆聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺（PTAA）薄膜的透明导电玻璃上制备了MAPbI3薄膜，平面和横截面的扫描电镜表征显示整个薄膜呈现光滑表面，且无“针孔”无晶界，是单晶钙钛矿薄膜，厚度达到了20 µm。接着在该单晶MAPbI3薄膜上继续旋涂富勒烯和浴铜灵，最后蒸镀上铜电极，制备出完整的倒置平面钙钛矿电池器件。在一个标准太阳光辐照下、惰性气氛中进行光电性能测试，电池获得了23.46 mA/cm2短路电流密度，1.076 V开路电压，以及高达83.5%的填充因子，从而获得了创纪录的21.09%光电转换效率，是迄今为止单晶钙钛矿太阳电池效率的最高值。研究人员指出，之所以获得如此高的填充因子主要是单晶薄膜不存在与多晶薄膜类似的晶界，有效地克服了晶界缺陷，使得非辐射的载流子损失呈现数量级的减少。为了排除辐照面积因素对电池填充因子的影响，研究人员更换了具有不同孔洞尺度的辐照面板，实验结果显示均在83%左右，即填充因子改善与辐照面积无关。稳定性测试发现，当将电池置于50%湿度的空气氛围中测试，电池性能会出现下降，但将电池重新放回手套箱（惰性气氛无湿度）48小时后，电池性能又恢复了，表明了空气氛围中电池性能下降与钙钛矿薄膜降解无关，而是由于单晶钙钛矿薄膜水合作用所致。研究人员下一步将致力于探索克服单晶薄膜水合作用的技术方案，以进一步提升电池稳定性。
该项研究采用溶液空间限制的反温晶体工艺制备了厚达20 µm的甲基胺铅碘（MAPbI3）单晶薄膜，有效克服了多晶薄膜表面晶界面缺陷，抑制了载流子非辐射的复合损失，在保持高电流高电压前提下，获得了超高填充因子，创造了单晶钙钛矿太阳电池转换效率纪录。相关研究成果发表在《ACS Energy Letters》 。
