上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院趙一新教授團隊在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域取得重大突破，其研究成果以《A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules》為題發(fā)表于國際頂級期刊《Nature》。該團隊創(chuàng)新提出的"基質(zhì)限域分子層"技術(shù)，成功攻克了傳統(tǒng)自組裝單分子層（SAM）體系在鈣鈦礦光伏模組制備中的關(guān)鍵瓶頸，實現(xiàn)了1平方米×2平方米大尺寸組件20.05%的光電轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)第三方認證創(chuàng)下全球新紀錄。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其卓越的光電性能備受關(guān)注，實驗室小面積器件效率已可比肩晶硅光伏。但傳統(tǒng)SAM型空穴傳輸層存在固有缺陷：分子間易發(fā)生聚集堆疊，導(dǎo)致薄膜均勻性差、界面缺陷多，制約了模組放大后的效率與穩(wěn)定性。盡管通過分子設(shè)計有所改善，大面積制備仍面臨鈣鈦礦層結(jié)晶質(zhì)量不佳、接觸界面缺陷密度高等難題。

研究團隊另辟蹊徑，開發(fā)出基于三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子的新型空穴傳輸層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過將空穴傳輸分子分散于BCF基質(zhì)中，形成類似"棗糕"的復(fù)合傳輸層。理論計算表明，BCF骨架與傳輸分子間的強相互作用可有效抑制分子堆疊，二維蒙特卡洛模擬證實少量傳輸分子即可實現(xiàn)高效空穴傳輸。這種厚度可控的分子層不僅保持了優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，還顯著降低了界面復(fù)合損失。

實驗數(shù)據(jù)顯示，采用該技術(shù)的鈣鈦礦模組展現(xiàn)出優(yōu)異的浸潤性和界面保形覆蓋能力。在1平方米×2平方米的大面積組件中，鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量與均勻性得到顯著提升，最終實現(xiàn)20.05%的光電轉(zhuǎn)換效率。值得注意的是，這項技術(shù)對多種已知SAM型傳輸分子均具有良好適配性，無需復(fù)雜分子設(shè)計即可實現(xiàn)傳輸層優(yōu)化，大幅降低了技術(shù)推廣門檻。

該成果與寧德時代21C創(chuàng)新實驗室合作完成，通過工藝創(chuàng)新解決了大面積鈣鈦礦光伏模組制備的世界性難題。研究團隊表示，這種"基質(zhì)限域分子層"策略為電荷傳輸層設(shè)計提供了全新范式，其技術(shù)普適性和工藝兼容性為鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開辟了新路徑。