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在全球能源轉型加速推進的當下，光伏技術作為清潔能源領域的核心力量，其效率突破與成本控制始終是行業(yè)競爭的關鍵。近日，上海交通大學趙一新教授團隊與寧德時代21C創(chuàng)新實驗室聯(lián)手，在國際頂級期刊《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換效率提升至20.05%，這一第三方認證數(shù)據不僅刷新了該領域的世界紀錄，更標志著鈣鈦礦光伏技術向商業(yè)化落地邁出了關鍵性一步。

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)、長載流子擴散長度等優(yōu)勢，實驗室中小面積鈣鈦礦光伏器件的轉換效率早已媲美傳統(tǒng)晶硅電池，甚至在部分指標上實現(xiàn)超越。然而，從實驗室走向產業(yè)化，大面積模組的制備一直是橫亙在科研人員面前的“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現(xiàn)高效電荷傳輸，但SAM分子本身存在團聚結晶的固有缺陷，在大面積制備過程中，分子間易發(fā)生聚集與堆疊，導致基底上的分子分布不均，進而引發(fā)鈣鈦礦薄膜質量差、界面缺陷多等問題。

盡管科研人員嘗試通過分子設計優(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換效率長期徘徊在較低水平，嚴重制約了其商業(yè)化進程。

面對這一行業(yè)痛點，趙一新教授團隊創(chuàng)新性地提出了“基質限域分子層”型空穴傳輸層構型，為解決大面積模組制備難題提供了全新思路。該團隊選擇具有強吸電子能力與優(yōu)異化學穩(wěn)定性的三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子構建主體骨架，將空穴傳輸分子像“棗糕中的果粒”一樣分散于BCF基質中，形成獨特的“棗糕結構”傳輸層。

這一設計的精妙之處在于，BCF骨架與空穴傳輸分子間的強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一步證實，即便是少量空穴傳輸分子，也能在這種厚度可調的分子層結構中實現(xiàn)與理想無堆疊SAM相當?shù)母咝Э昭▊鬏敗?/span>

更重要的是，“基質限域分子層”與鈣鈦礦層的界面不僅化學穩(wěn)定性優(yōu)異，還能有效降低界面復合損失，其良好的浸潤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晶質量與均勻性，從源頭解決了薄膜不均、界面不穩(wěn)定的核心問題。

這項技術的突破性不僅體現(xiàn)在效率提升上，更在于其極強的實用性與推廣價值。與傳統(tǒng)技術依賴復雜分子設計不同，“基質限域分子層”策略對現(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現(xiàn)高效的傳輸層及界面調控，大幅降低了技術產業(yè)化的門檻與成本。

正是基于這一優(yōu)勢，團隊與寧德時代21C創(chuàng)新實驗室合作，成功將該技術應用于1m×2m的大面積模組，并最終獲得20.05%的第三方認證效率，這一數(shù)據不僅是當前該領域的最高紀錄，更證明了鈣鈦礦光伏技術在大規(guī)模應用中的可行性。