上海交通大學(xué)Nature重磅20.05%效率的㎡級(jí)鈣鈦礦組件：基質(zhì)限域分子層用于鈣鈦礦光伏組件

金屬鹵化物鈣鈦礦因其卓越的光電性能，已成為推動(dòng)光伏效率進(jìn)步的有力競(jìng)爭(zhēng)者。隨著研究型電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）最新記錄已媲美商業(yè)化硅電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的產(chǎn)業(yè)化已近在眼前。然而，大多數(shù)采用自組裝分子（SAMs）的高效倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面臨分子聚集和疏水性等問(wèn)題。

本研究上海交通大學(xué)趙一新、陳悅天、郭永勝和繆炎峰等人提出了一種“SAM-in-matrix”策略，將部分SAM分散于穩(wěn)定的三（五氟苯基）硼烷（BCF）基質(zhì)中，有效打破了原有分子堆疊導(dǎo)致的聚集現(xiàn)象。二維晶格蒙特卡洛模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，該策略可形成高效的電荷傳輸通道?；诖恕癝AM-in-matrix”空穴傳輸層（HTL）的器件，在不同SAM體系中均展現(xiàn)出更高的效率、更致密的表面覆蓋、良好的導(dǎo)電性，并顯著減少了埋底納米空隙。此外，該策略在規(guī)?；苽渲姓宫F(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力。在FTO/NiO?基底上構(gòu)建的“SAM-in-matrix” HTL有助于形成高質(zhì)量的大面積鈣鈦礦薄膜，并提升NiO?的導(dǎo)電性。

最終，成功制備出1米×2米的大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能組件，其認(rèn)證效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的20.05%。

研究亮點(diǎn)：

1. 提出“SAM-in-matrix”新型空穴傳輸層結(jié)構(gòu)：將自組裝分子（SAM）嵌入穩(wěn)定的BCF基質(zhì)中，有效抑制SAM分子聚集，形成均勻、高效的電荷傳輸通道，提升器件性能與重復(fù)性。

2. 實(shí)現(xiàn)埋底界面質(zhì)量與穩(wěn)定性的雙重提升：該HTL結(jié)構(gòu)不僅改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少界面缺陷，還顯著抑制NiO?與鈣鈦礦之間的有害反應(yīng)，提升熱穩(wěn)定與光穩(wěn)定性。

3. 推動(dòng)鈣鈦礦組件邁向平方米級(jí)產(chǎn)業(yè)化：成功制備出1米×2米大面積組件，認(rèn)證效率突破20%，是目前公開(kāi)報(bào)道中最大面積、最高效率的鈣鈦礦光伏組件之一，具備明確的產(chǎn)業(yè)化前景。

Liang, Y., Chen, G., Wang, Y. et al. A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules. Nature (2025).