新研究解決大面積鈣鈦礦光伏模組制備難題

　　上海交通大學教授趙一新、副教授陳悅天、副研究員繆炎峰團隊，聯合寧德時代的科研團隊，提出“基質限域分子層”型空穴傳輸層構型新概念，并創制了分子適用性廣、工藝推廣性高的電荷傳輸層新技術路徑，解決了制約大面積鈣鈦礦光伏模組發展的重大難題，為電荷傳輸層及界面設計提供了新思路。10月27日，相關研究成果發表于《自然》。

　　金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有優異的光電特性及光伏應用潛力。近年來，得益于自組裝單分子層（SAM）型空穴傳輸層的發展，鈣鈦礦光伏的器件效率提升顯著，實驗室小面積器件的光電轉換效率已媲美晶硅光伏。但SAM分子本征特性使其具有團聚結晶的傾向，在制備中難以克服分子間的聚集與堆疊，易引發基底上SAM分子的非均勻分布。目前，SAM基鈣鈦礦模組的放大仍面臨鈣鈦礦薄膜均勻性較差、接觸界面缺陷多等難題，制約了大面積模組的效率和穩定性。

　　研究團隊提出的“基質限域分子層”型空穴傳輸層結構，利用具有強吸電子能力與優異化學穩定性的三（五氟苯基）硼烷（BCF）分子構建主體骨架，將空穴傳輸分子分散于BCF基質中，形成類似于“棗糕結構”的傳輸層。

　　該結構能夠形成厚度可控的空穴傳輸覆蓋層，空穴傳輸分子與BCF骨架形成強相互作用，進而有效抑制了空穴傳輸分子的堆疊傾向與聚集行為，且少量空穴傳輸分子即可實現和理想無堆疊SAM一樣的高效空穴傳輸。“基質限域分子層”型空穴傳輸層具有優異的浸潤性，其致密的埋底界面保形覆蓋能顯著提升大面積薄膜的結晶質量與均勻性，且“基質限域分子層-鈣鈦礦層”界面還兼具良好的化學穩定性與較低的界面復合損失。

　　值得一提的是，“基質限域分子層”策略對之前報道的多種SAM型空穴傳輸分子都適用，利用已有空穴傳輸分子即能實現有效的傳輸層及界面調控，降低了對復雜分子設計與合成的依賴性。在此基礎上，研究團隊成功將該策略應用于1米×2 米大面積模組，成功獲得了當前世界紀錄的20.05%第三方認證效率，創造了當前該領域的世界紀錄。