摘要：上海交通大学与宁德时代联合研究团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重大突破，成功开发出光电转换效率超过20%的1米×2米大尺寸钙钛矿光伏模组，创造了该领域新的世界纪录。这项发表在《自然》杂志的研究通过创新性的"基质限域分子层"技术，解决了长期制约钙钛矿太阳能电池大规

上海交通大学与宁德时代联合研究团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重大突破，成功开发出光电转换效率超过20%的1米×2米大尺寸钙钛矿光伏模组，创造了该领域新的世界纪录。这项发表在《自然》杂志的研究通过创新性的"基质限域分子层"技术，解决了长期制约钙钛矿太阳能电池大规模应用的关键技术瓶颈。该突破不仅代表了钙钛矿光伏技术从实验室走向产业化的重要里程碑，也为清洁能源技术的大规模部署提供了新的可能性。

钙钛矿太阳能电池因其优异的光电特性和低成本制备优势，被誉为下一代光伏技术的有力竞争者。在小面积实验室器件中，钙钛矿电池的效率已经达到与传统硅太阳能电池相当的水平，但在向大面积模组扩展的过程中却面临着严峻的技术挑战。此次研究团队的创新突破有望改变这一现状，为钙钛矿光伏技术的商业化应用扫清障碍。

技术创新解决产业化关键难题

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09785-3

传统钙钛矿太阳能电池依赖自组装单分子层作为空穴传输层，虽然在小面积器件中表现出色，但这种技术路径存在固有的局限性。自组装分子具有团聚和结晶的本征倾向，在大面积制备过程中容易导致分子间聚集与堆叠，引发基底上分子分布的不均匀性。这种不均匀性会直接影响钙钛矿薄膜的质量，导致界面缺陷增多，最终制约大面积模组的效率和稳定性。

上海交通大学环境科学与工程学院赵一新教授团队针对这一核心问题，创新性地提出了"基质限域分子层"的技术概念。该方法利用具有强吸电子能力和优异化学稳定性的三（五氟苯基）硼烷分子构建主体骨架，将空穴传输分子均匀分散在这个基质中，形成类似"枣糕结构"的传输层。这种设计巧妙地避免了传统自组装方法中分子聚集的问题，确保了大面积薄膜的均匀性。

这一创新技术的关键优势在于其优异的浸润性和保形覆盖能力。基质限域分子层能够在大面积基底上形成致密而均匀的界面，显著提升钙钛矿薄膜的结晶质量。实验结果表明，这种新型传输层不仅解决了薄膜不均匀的问题，还大幅降低了界面缺陷密度，为高效率大面积模组的制备奠定了坚实基础。

大面积钙钛矿模组及性能

更重要的是，这种"基质限域分子层"策略具有出色的普适性。研究团队验证了该技术对多种已报道的自组装型空穴传输分子都适用，这意味着现有的分子设计成果可以直接应用到新的技术体系中，大大降低了技术转化的门槛和成本。

产学合作推动技术突破

此次突破的实现离不开产学合作的深度融合。上海交通大学与宁德时代21C创新实验室的合作为基础研究向产业应用的转化提供了重要支撑。宁德时代作为全球领先的电池技术公司，在大规模制造工艺和产业化经验方面的优势与上海交大在材料科学领域的深厚积累形成了有效互补。

这种合作模式体现了当前科技创新的重要趋势：单纯的实验室研究越来越难以满足复杂技术问题的解决需求，需要产业界的深度参与才能真正实现技术突破。在钙钛矿光伏这样的新兴技术领域，从材料设计到器件制备，再到大规模生产工艺的开发，每个环节都需要产学研的密切配合。

研究团队的组成也体现了这种合作的深度。论文的共同第一作者包括上海交通大学的博士生梁俣港、校企联培博士生陈国栋，以及助理研究员王耀和博士后邹瑜。这种人才培养模式不仅为学生提供了接触产业前沿技术的机会，也为企业输送了具有深厚理论基础的专业人才。

宁德时代郭永胜博士作为共同通讯作者的参与，进一步强化了这项研究的产业化导向。这种高层次的产学合作为技术成果的快速转化和规模化应用提供了有力保障。

商业化前景与技术挑战

1米×2米大面积钙钛矿光伏模组效率突破20%这一成就，标志着钙钛矿太阳能电池技术在商业化道路上迈出了关键一步。传统上，钙钛矿电池的高效率主要体现在小面积器件上，而大面积模组的效率往往显著下降。此次突破证明了钙钛矿技术在保持高效率的同时实现大面积制备的可能性。

从商业应用角度来看，20%以上的模组效率已经接近当前主流硅太阳能电池的商业化水平。考虑到钙钛矿电池在制备成本和工艺灵活性方面的优势，这一突破为钙钛矿光伏技术进入商业市场创造了条件。特别是在建筑集成光伏、柔性太阳能电池等特殊应用领域，钙钛矿技术的独特优势有望获得更大的市场空间。

然而，钙钛矿光伏技术要实现大规模商业化，仍需要解决一系列挑战。稳定性问题是其中最关键的一个方面。虽然此次研究在效率上取得了突破，但钙钛矿材料在长期使用过程中的稳定性仍需要进一步验证和改进。此外，大规模生产工艺的成熟度、环境适应性、以及与现有光伏产业链的兼容性等问题也需要逐步解决。

研究团队开发的"基质限域分子层"技术为解决这些问题提供了新的思路。该技术不仅改善了器件效率，也有望提升器件的长期稳定性。通过减少界面缺陷和提高薄膜质量，这种新型传输层可能有助于延长钙钛矿电池的使用寿命。

对新能源产业的深远影响

这项技术突破的意义远超钙钛矿光伏领域本身，对整个新能源产业都具有重要的启示作用。首先，它证明了通过材料科学和工程技术的创新，可以有效解决新兴技术从实验室到产业化过程中的关键瓶颈。这为其他新能源技术的发展提供了宝贵的经验。

其次，产学合作模式在此次突破中发挥的重要作用，为科技成果转化提供了新的范例。在当前全球科技竞争日趋激烈的背景下，这种深度合作模式可能成为推动技术创新和产业升级的重要途径。

从更宏观的角度来看，钙钛矿光伏技术的进步将为全球能源转型贡献新的动力。随着技术不断成熟和成本进一步降低，钙钛矿太阳能电池有望在分布式发电、移动能源等领域发挥重要作用，为实现碳中和目标提供技术支撑。

此次研究成果的发表也体现了中国在新能源技术领域的快速发展。从材料设计到器件制备，再到大面积模组的成功制作，整个技术链条的突破显示了中国科研机构和企业在前沿技术领域的创新实力。这不仅有助于提升中国在全球新能源产业中的竞争地位，也为推动全球清洁能源技术发展作出了贡献。

来源：人工智能学家