图 基于“基质限域分子层”型电荷传输层的钙钛矿光伏模组
在国家自然科学基金项目（批准号：22025505、22220102002、22522903）等资助下，上海交通大学赵一新教授团队在钙钛矿光伏模组的电荷传输层设计方面取得进展，研究成果以“基质限域分子层实现高效钙钛矿光伏模组（A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules）”为题，于2025年10月27日在《自然》（Nature）上发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09785-3。
金属卤化物钙钛矿具有优异的光电特性，在未来规模化光伏技术中有着良好的应用前景。得益于自组装单分子层（SAM）型空穴传输层的发展，近年来小面积钙钛矿光伏的光电转换效率已媲美晶硅光伏。然而，SAM分子具有易聚集、堆叠和结晶的特性，会导致其在基底上的非均匀分布，进而在模组放大过程中造成钙钛矿薄膜均匀性差、界面缺陷多，成为目前制约大面积钙钛矿光伏模组效率和稳定性提升的关键挑战。
针对这一难题，赵一新团队提出一种“基质限域分子层”型空穴传输层的新构型，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，利用二者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。该基质限域分子层厚度可调、化学稳定，具有优异的浸润性，添加少量空穴传输分子即可实现高效空穴传输。此外，BCF基质限域结构适用于多种SAM型空穴传输分子，具有优异的技术通用性。上述团队与宁德时代新能源科技股份有限公司合作，成功实现该技术在1 m × 2 m大面积钙钛矿光伏模组应用，第三方认证效率达到20.05%。由此表明，本研究解决了SAM分子聚集结晶制约大面积钙钛矿光伏模组发展的难题，为电荷传输层及界面层设计提供了新思路。