世界记录！上海交大与宁德时代携手突破钙钛矿光伏转换效率大关

电子发烧友网综合报道

在全球能源转型加速推进的当下，光伏技术作为清洁能源领域的核心力量，其效率突破与成本控制始终是行业竞争的关键。近日，上海交通大学赵一新教授团队与宁德时代21C创新实验室联手，在国际顶级期刊《Nature》发表重磅研究成果，成功将1m×2m大面积钙钛矿光伏模组的光电转换效率提升至20.05%，这一第三方认证数据不仅刷新了该领域的世界纪录，更标志着钙钛矿光伏技术向商业化落地迈出了关键性一步。

 

钙钛矿材料自问世以来，便以优异的光电特性惊艳业界。其具备高吸光系数、长载流子扩散长度等优势，实验室中小面积钙钛矿光伏器件的转换效率早已媲美传统晶硅电池，甚至在部分指标上实现超越。然而，从实验室走向产业化，大面积模组的制备一直是横亘在科研人员面前的“拦路虎”。

 

此前，行业普遍采用的自组装单分子层（SAM）型空穴传输层，虽能在小尺寸器件中实现高效电荷传输，但SAM分子本身存在团聚结晶的固有缺陷，在大面积制备过程中，分子间易发生聚集与堆叠，导致基底上的分子分布不均，进而引发钙钛矿薄膜质量差、界面缺陷多等问题。

 

尽管科研人员尝试通过分子设计优化来缓解这一难题，却始终未能突破效率与稳定性的双重瓶颈，大面积钙钛矿模组的转换效率长期徘徊在较低水平，严重制约了其商业化进程。

 

面对这一行业痛点，赵一新教授团队创新性地提出了“基质限域分子层”型空穴传输层构型，为解决大面积模组制备难题提供了全新思路。该团队选择具有强吸电子能力与优异化学稳定性的三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子构建主体骨架，将空穴传输分子像“枣糕中的果粒”一样分散于BCF基质中，形成独特的“枣糕结构”传输层。

 

这一设计的精妙之处在于，BCF骨架与空穴传输分子间的强相互作用能从根本上抑制分子堆叠倾向，而二维蒙特卡洛模拟进一步证实，即便是少量空穴传输分子，也能在这种厚度可调的分子层结构中实现与理想无堆叠SAM相当的高效空穴传输。

 

更重要的是，“基质限域分子层”与钙钛矿层的界面不仅化学稳定性优异，还能有效降低界面复合损失，其良好的浸润性与致密的埋底界面保形覆盖，更是显著提升了大面积薄膜的结晶质量与均匀性，从源头解决了薄膜不均、界面不稳定的核心问题。

 

这项技术的突破性不仅体现在效率提升上，更在于其极强的实用性与推广价值。与传统技术依赖复杂分子设计不同，“基质限域分子层”策略对现有多种SAM型空穴传输分子均具备良好适用性，无需重新合成新型分子就能实现高效的传输层及界面调控，大幅降低了技术产业化的门槛与成本。

 

正是基于这一优势，团队与宁德时代21C创新实验室合作，成功将该技术应用于1m×2m的大面积模组，并最终获得20.05%的第三方认证效率，这一数据不仅是当前该领域的最高纪录，更证明了钙钛矿光伏技术在大规模应用中的可行性。