上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)成果以“a matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules”為題發(fā)表于《自然》期刊。該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)“基質(zhì)限域分子層”型空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，成功解決了傳統(tǒng)自組裝單分子層（SAM）技術(shù)在大面積鈣鈦礦光伏模組制備中面臨的分子聚集、薄膜不均勻等核心難題。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電特性被視為下一代光伏技術(shù)的重要方向。盡管基于SAM型空穴傳輸層的鈣鈦礦器件在小面積實(shí)驗(yàn)中已實(shí)現(xiàn)與晶硅光伏相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換效率，但傳統(tǒng)技術(shù)存在分子團(tuán)聚結(jié)晶的固有缺陷，導(dǎo)致大面積模組制備時(shí)出現(xiàn)薄膜均勻性差、界面缺陷多等問題，嚴(yán)重制約了器件的效率和穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)提出的“基質(zhì)限域分子層”結(jié)構(gòu)以三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子為骨架，通過將空穴傳輸分子分散于BCF基質(zhì)中，形成類似“棗糕結(jié)構(gòu)”的復(fù)合傳輸層。該結(jié)構(gòu)通過BCF分子與空穴傳輸分子間的強(qiáng)相互作用，有效抑制了傳統(tǒng)SAM結(jié)構(gòu)中分子的堆疊傾向。理論模擬表明，這種厚度可調(diào)的分子層僅需少量空穴傳輸分子即可實(shí)現(xiàn)高效空穴傳輸，同時(shí)顯著提升了界面化學(xué)穩(wěn)定性和降低復(fù)合損失。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用該技術(shù)的1米×2米大面積鈣鈦礦光伏模組實(shí)現(xiàn)了20.05%的光電轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)第三方認(rèn)證創(chuàng)下當(dāng)前世界紀(jì)錄。研究特別指出，該策略對多種已知SAM型空穴傳輸分子均具有良好適配性，無需復(fù)雜分子設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)傳輸層性能優(yōu)化，大幅降低了技術(shù)推廣門檻。

技術(shù)突破的關(guān)鍵在于“基質(zhì)限域分子層”展現(xiàn)的優(yōu)異浸潤性和埋底界面保形覆蓋能力。這種特性使大面積鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量得到顯著提升，從根本上解決了傳統(tǒng)技術(shù)中薄膜均勻性難以控制的難題。研究團(tuán)隊(duì)與寧德時(shí)代21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的合作驗(yàn)證了該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)級應(yīng)用的可行性。

該成果為鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開辟了新路徑，其提出的電荷傳輸層設(shè)計(jì)理念不僅適用于當(dāng)前技術(shù)體系，更為未來高效穩(wěn)定光伏器件的開發(fā)提供了重要理論支撐。相關(guān)研究數(shù)據(jù)已通過《自然》期刊公開，技術(shù)細(xì)節(jié)可訪問原文鏈接獲取。