上海交通大學環境科學與工程學院趙一新教授團隊在鈣鈦礦光伏領域取得重大突破，其研究成果以《A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules》為題發表于國際頂級期刊《Nature》。該團隊創新提出的"基質限域分子層"技術，成功攻克了傳統自組裝單分子層（SAM）體系在鈣鈦礦光伏模組制備中的關鍵瓶頸，實現了1平方米×2平方米大尺寸組件20.05%的光電轉換效率，經第三方認證創下全球新紀錄。
金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其卓越的光電性能備受關注，實驗室小面積器件效率已可比肩晶硅光伏。但傳統SAM型空穴傳輸層存在固有缺陷：分子間易發生聚集堆疊，導致薄膜均勻性差、界面缺陷多，制約了模組放大后的效率與穩定性。盡管通過分子設計有所改善，大面積制備仍面臨鈣鈦礦層結晶質量不佳、接觸界面缺陷密度高等難題。
研究團隊另辟蹊徑，開發出基于三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子的新型空穴傳輸層結構。該結構通過將空穴傳輸分子分散于BCF基質中，形成類似"棗糕"的復合傳輸層。理論計算表明，BCF骨架與傳輸分子間的強相互作用可有效抑制分子堆疊，二維蒙特卡洛模擬證實少量傳輸分子即可實現高效空穴傳輸。這種厚度可控的分子層不僅保持了優異的化學穩定性，還顯著降低了界面復合損失。
實驗數據顯示，采用該技術的鈣鈦礦模組展現出優異的浸潤性和界面保形覆蓋能力。在1平方米×2平方米的大面積組件中，鈣鈦礦薄膜結晶質量與均勻性得到顯著提升，最終實現20.05%的光電轉換效率。值得注意的是，這項技術對多種已知SAM型傳輸分子均具有良好適配性，無需復雜分子設計即可實現傳輸層優化，大幅降低了技術推廣門檻。
該成果與寧德時代21C創新實驗室合作完成，通過工藝創新解決了大面積鈣鈦礦光伏模組制備的世界性難題。研究團隊表示，這種"基質限域分子層"策略為電荷傳輸層設計提供了全新范式，其技術普適性和工藝兼容性為鈣鈦礦光伏的產業化應用開辟了新路徑。
