上海交通大學環境科學與工程學院的研究團隊在鈣鈦礦光伏領域取得重要突破，相關成果以“a matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules”為題發表于《自然》期刊。該團隊通過創新設計“基質限域分子層”型空穴傳輸層結構，成功解決了傳統自組裝單分子層（SAM）技術在大面積鈣鈦礦光伏模組制備中面臨的分子聚集、薄膜不均勻等核心難題。
金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其優異的光電特性被視為下一代光伏技術的重要方向。盡管基于SAM型空穴傳輸層的鈣鈦礦器件在小面積實驗中已實現與晶硅光伏相當的轉換效率，但傳統技術存在分子團聚結晶的固有缺陷，導致大面積模組制備時出現薄膜均勻性差、界面缺陷多等問題，嚴重制約了器件的效率和穩定性。
研究團隊提出的“基質限域分子層”結構以三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子為骨架，通過將空穴傳輸分子分散于BCF基質中，形成類似“棗糕結構”的復合傳輸層。該結構通過BCF分子與空穴傳輸分子間的強相互作用，有效抑制了傳統SAM結構中分子的堆疊傾向。理論模擬表明，這種厚度可調的分子層僅需少量空穴傳輸分子即可實現高效空穴傳輸，同時顯著提升了界面化學穩定性和降低復合損失。
實驗數據顯示，采用該技術的1米×2米大面積鈣鈦礦光伏模組實現了20.05%的光電轉換效率，經第三方認證創下當前世界紀錄。研究特別指出，該策略對多種已知SAM型空穴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性能優化，大幅降低了技術推廣門檻。
技術突破的關鍵在于“基質限域分子層”展現的優異浸潤性和埋底界面保形覆蓋能力。這種特性使大面積鈣鈦礦薄膜的結晶質量得到顯著提升，從根本上解決了傳統技術中薄膜均勻性難以控制的難題。研究團隊與寧德時代21C創新實驗室的合作驗證了該技術從實驗室到工業級應用的可行性。
該成果為鈣鈦礦光伏技術的產業化應用開辟了新路徑，其提出的電荷傳輸層設計理念不僅適用于當前技術體系，更為未來高效穩定光伏器件的開發提供了重要理論支撐。相關研究數據已通過《自然》期刊公開，技術細節可訪問原文鏈接獲取。
