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

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