上海交通大学Nature重磅20.05%效率的㎡级钙钛矿组件:基质限域分子层用于钙钛矿光伏组件

来源:知光谷发布时间:2025-10-28 09:09:13

金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电性能,已成为推动光伏效率进步的有力竞争者。随着研究型电池的光电转换效率(PCE)最新记录已媲美商业化硅电池,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的产业化已近在眼前。然而,大多数采用自组装分子(SAMs)的高效倒置钙钛矿太阳能电池面临分子聚集和疏水性等问题。

本研究上海交通大学赵一新、陈悦天、郭永胜和缪炎峰等人提出了一种“SAM-in-matrix”策略,将部分SAM分散于稳定的三(五氟苯基)硼烷(BCF)基质中,有效打破了原有分子堆叠导致的聚集现象。二维晶格蒙特卡洛模拟与实验结果均表明,该策略可形成高效的电荷传输通道。基于此“SAM-in-matrix”空穴传输层(HTL)的器件,在不同SAM体系中均展现出更高的效率、更致密的表面覆盖、良好的导电性,并显著减少了埋底纳米空隙。此外,该策略在规模化制备中展现出显著的应用潜力。在FTO/NiOₓ基底上构建的“SAM-in-matrix” HTL有助于形成高质量的大面积钙钛矿薄膜,并提升NiOₓ的导电性。

最终,成功制备出1米×2米的大面积钙钛矿太阳能组件,其认证效率达到创纪录的20.05%。

研究亮点:

  1. 提出“SAM-in-matrix”新型空穴传输层结构:将自组装分子(SAM)嵌入稳定的BCF基质中,有效抑制SAM分子聚集,形成均匀、高效的电荷传输通道,提升器件性能与重复性。
  2. 实现埋底界面质量与稳定性的双重提升:该HTL结构不仅改善钙钛矿薄膜的结晶质量,减少界面缺陷,还显著抑制NiOₓ与钙钛矿之间的有害反应,提升热稳定与光稳定性。
  3. 推动钙钛矿组件迈向平方米级产业化:成功制备出1米×2米大面积组件,认证效率突破20%,是目前公开报道中最大面积、最高效率的钙钛矿光伏组件之一,具备明确的产业化前景。

Liang, Y., Chen, G., Wang, Y. et al. A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules. Nature (2025).

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09785-3

责任编辑:wanqin
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