寬帶隙鈣鈦礦與自組裝單分子層（SAM）界面處的埋底缺陷限制了p–i–n型太陽(yáng)能電池的性能，尤其是在具有紋理結(jié)構(gòu)的兩端鈣鈦礦–硅疊層太陽(yáng)能電池中。研究表明，傳統(tǒng)SAM上鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的不受控行為，協(xié)同誘發(fā)了埋底界面處電子缺陷與形貌退化的共生演化，其根源在于鈣鈦礦前驅(qū)體溶液與SAM在結(jié)構(gòu)及能級(jí)上的不相容。
鑒于此，浙江大學(xué)硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士、余學(xué)功教授、杭鵬杰專(zhuān)職研究員聯(lián)合化學(xué)系雷鳴教授等創(chuàng)新性設(shè)計(jì)合成一種新型材料：DMPP，引入剛性共軛橋聯(lián)單元以提升導(dǎo)電性與偶極矩，并將甲氧基替換為1,3-二甲氧基苯單元，作為電子緩沖層抑制不穩(wěn)定性并保留給電子特性，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化SAM空穴抽取能力，優(yōu)化SAM基底的π軌道取向與界面配位，實(shí)現(xiàn)鹵素均勻化的可控鈣鈦礦生長(zhǎng)，消除納米孔洞與PbI?相偏析，并顯著抑制寬帶隙鈣鈦礦埋底面的缺陷密度。最終在鈣鈦礦–硅疊層器件，實(shí)現(xiàn)了1cm2孔徑面積下33.86%（認(rèn)證33.59%）及16cm2孔徑面積下29.25%（認(rèn)證28.53%）的光電轉(zhuǎn)換效率。疊層器件在1個(gè)太陽(yáng)連續(xù)光照下運(yùn)行2000 h后，仍保持初始效率的90%以上，
該項(xiàng)研究成果于北京時(shí)間2025年10月20日，被國(guó)際著名期刊《自然·光子學(xué)》在線(xiàn)刊登。通訊作者為浙江大學(xué)楊德仁院士、余學(xué)功教授、雷鳴教授、杭鵬杰專(zhuān)職研究員、天合光能高紀(jì)凡。浙江大學(xué)為該論文的第一單位。
研究人員通過(guò)在SAM材料中引入剛性共軛橋聯(lián)單元以提升導(dǎo)電性與偶極矩，從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了DMPP分子的強(qiáng)錨定能力以及堆積有序性。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位XRD和原位PL表征DMPP調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶過(guò)程，阻斷誘發(fā)缺陷的結(jié)晶通道，實(shí)現(xiàn)鹵素均勻化的可控鈣鈦礦生長(zhǎng)，消除納米孔洞與PbI?相偏析，確定了DMPP可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦與SAM基底在結(jié)構(gòu)與能級(jí)上的雙重兼容性。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)電學(xué)測(cè)試和理論計(jì)算證明了基于DMPP分子制備的鈣鈦礦薄膜缺陷顯著減少，并且抑制了離子遷移，優(yōu)化了能級(jí)排列，最終1.68eV寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)了24.36%的效率。
通過(guò)精確調(diào)控SAM分子堆積及其與鈣鈦礦的相互作用，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦與SAM基底在結(jié)構(gòu)與能級(jí)上的雙重兼容，研究團(tuán)隊(duì)將DMPP運(yùn)用到硅基鈣鈦礦疊層電池中，在1cm2的硅基鈣鈦礦疊層器件中獲得了33.86%的效率。在進(jìn)一步擴(kuò)大面積后，在16cm2的面積上獲得29.25%的效率。并且在室溫、雙85條件下均獲得優(yōu)異的穩(wěn)定性。
