上海交大与宁德时代合作创下钙钛矿光伏模组效率新纪录

据上海交通大学微信公众号消息，近日，上海交通大学环境科学与工程学院赵一新教授团队在《Nature》在线发表了一篇题为“A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules”的研究论文。该研究创新性地提出了一种“基质限域分子层”型空穴传输层构型新概念，与宁德时代21C创新实验室合作，成功实现了光电转换效率超过20%的1 m × 2 m大尺寸钙钛矿光伏模组，创下当前该领域的世界纪录。

金属卤化物钙钛矿材料因其优异的光电特性及光伏应用潜力，近年来备受关注。得益于自组装单分子层（SAM）型空穴传输层的发展，钙钛矿光伏的器件效率在实验室小面积器件中已媲美晶硅光伏。然而，SAM分子本身的特性导致其在制备过程中易于聚集和结晶，难以克服分子间的聚集与堆叠，影响了薄膜的均匀性和界面的稳定性。

突破传统技术瓶颈

赵一新团队针对上述挑战，提出了一种“基质限域分子层”型空穴传输层的新思路。该方法利用具有强吸电子能力与优异化学稳定性的三(五氟苯基)硼烷（BCF）分子构建主体骨架，将空穴传输分子分散于BCF基质中，形成类似于“枣糕结构”的传输层。

这种结构不仅容易形成厚度可控的空穴传输覆盖层，还通过密度泛函计算揭示了BCF骨架分子与空穴传输分子间的强相互作用，有效抑制了SAM结构中空穴传输分子的堆叠倾向与聚集行为。二维蒙特卡洛模拟表明，在该厚度可调的分子层结构中，少量空穴传输分子即可实现与理想无堆叠SAM一样的高效空穴传输。

技术适用性与未来展望

“基质限域分子层”策略不仅适用于多种已报道的SAM型空穴传输分子，还体现了优异的技术适用性。利用已有空穴传输分子即可实现有效的传输层及界面调控，减少了对复杂分子设计与合成的依赖性。该策略成功应用于1 m × 2 m大面积模组，获得了20.05%的第三方认证效率，创造了世界纪录。

“此项工作解决了制约大面积钙钛矿光伏模组发展的重大难题，为电荷传输层及界面设计提供了新思路。”

这项突破不仅为钙钛矿光伏技术的未来发展指明了方向，也为全球光伏产业的技术革新提供了新的可能性。随着技术的不断进步，钙钛矿光伏模组有望在更大规模的应用中展现出其优势。

未来，赵一新团队计划进一步优化该技术路径，探索更多可能的应用场景，以推动钙钛矿光伏技术在实际应用中的广泛普及。