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在全球能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)的當(dāng)下，光伏技術(shù)作為清潔能源領(lǐng)域的核心力量，其效率突破與成本控制始終是行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。近日，上海交通大學(xué)趙一新教授團(tuán)隊(duì)與寧德時(shí)代21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室聯(lián)手，在國際頂級(jí)期刊《Nature》發(fā)表重磅研究成果，成功將1m×2m大面積鈣鈦礦光伏模組的光電轉(zhuǎn)換效率提升至20.05%，這一第三方認(rèn)證數(shù)據(jù)不僅刷新了該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，更標(biāo)志著鈣鈦礦光伏技術(shù)向商業(yè)化落地邁出了關(guān)鍵性一步。

鈣鈦礦材料自問世以來，便以優(yōu)異的光電特性驚艷業(yè)界。其具備高吸光系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)室中小面積鈣鈦礦光伏器件的轉(zhuǎn)換效率早已媲美傳統(tǒng)晶硅電池，甚至在部分指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)超越。然而，從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，大面積模組的制備一直是橫亙?cè)诳蒲腥藛T面前的“攔路虎”。

此前，行業(yè)普遍采用的自組裝單分子層（SAM）型空穴傳輸層，雖能在小尺寸器件中實(shí)現(xiàn)高效電荷傳輸，但SAM分子本身存在團(tuán)聚結(jié)晶的固有缺陷，在大面積制備過程中，分子間易發(fā)生聚集與堆疊，導(dǎo)致基底上的分子分布不均，進(jìn)而引發(fā)鈣鈦礦薄膜質(zhì)量差、界面缺陷多等問題。

盡管科研人員嘗試通過分子設(shè)計(jì)優(yōu)化來緩解這一難題，卻始終未能突破效率與穩(wěn)定性的雙重瓶頸，大面積鈣鈦礦模組的轉(zhuǎn)換效率長(zhǎng)期徘徊在較低水平，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化進(jìn)程。

面對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)，趙一新教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“基質(zhì)限域分子層”型空穴傳輸層構(gòu)型，為解決大面積模組制備難題提供了全新思路。該團(tuán)隊(duì)選擇具有強(qiáng)吸電子能力與優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性的三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子構(gòu)建主體骨架，將空穴傳輸分子像“棗糕中的果粒”一樣分散于BCF基質(zhì)中，形成獨(dú)特的“棗糕結(jié)構(gòu)”傳輸層。

這一設(shè)計(jì)的精妙之處在于，BCF骨架與空穴傳輸分子間的強(qiáng)相互作用能從根本上抑制分子堆疊傾向，而二維蒙特卡洛模擬進(jìn)一步證實(shí)，即便是少量空穴傳輸分子，也能在這種厚度可調(diào)的分子層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)與理想無堆疊SAM相當(dāng)?shù)母咝Э昭▊鬏敗?/span>

更重要的是，“基質(zhì)限域分子層”與鈣鈦礦層的界面不僅化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，還能有效降低界面復(fù)合損失，其良好的浸潤(rùn)性與致密的埋底界面保形覆蓋，更是顯著提升了大面積薄膜的結(jié)晶質(zhì)量與均勻性，從源頭解決了薄膜不均、界面不穩(wěn)定的核心問題。

這項(xiàng)技術(shù)的突破性不僅體現(xiàn)在效率提升上，更在于其極強(qiáng)的實(shí)用性與推廣價(jià)值。與傳統(tǒng)技術(shù)依賴復(fù)雜分子設(shè)計(jì)不同，“基質(zhì)限域分子層”策略對(duì)現(xiàn)有多種SAM型空穴傳輸分子均具備良好適用性，無需重新合成新型分子就能實(shí)現(xiàn)高效的傳輸層及界面調(diào)控，大幅降低了技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的門檻與成本。

正是基于這一優(yōu)勢(shì)，團(tuán)隊(duì)與寧德時(shí)代21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室合作，成功將該技術(shù)應(yīng)用于1m×2m的大面積模組，并最終獲得20.05%的第三方認(rèn)證效率，這一數(shù)據(jù)不僅是當(dāng)前該領(lǐng)域的最高紀(jì)錄，更證明了鈣鈦礦光伏技術(shù)在大規(guī)模應(yīng)用中的可行性。