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型太陽能電池的性能，尤其是在具有紋理結構的兩端鈣鈦礦–硅疊層太陽能電池中。研究表明，傳統(tǒng)SAM上鈣鈦礦結晶動力學的不受控行為，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在結構及能級上的不相容。
鑒于此，浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室、材料科學與工程學院楊德仁院士、余學功教授、杭鵬杰專職研究員聯(lián)合化學系雷鳴教授等創(chuàng)新性設計合成一種新型材料：DMPP，引入剛性共軛橋聯(lián)單元以提升導電性與偶極矩，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，從而實現(xiàn)強化SAM空穴抽取能力，優(yōu)化SAM基底的π軌道取向與界面配位，實現(xiàn)鹵素均勻化的可控鈣鈦礦生長，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，實現(xiàn)了1cm2孔徑面積下33.86%（認證33.59%）及16cm2孔徑面積下29.25%（認證28.53%）的光電轉換效率。疊層器件在1個太陽連續(xù)光照下運行2000 h后，仍保持初始效率的90%以上，
該項研究成果于北京時間2025年10月20日，被國際著名期刊《自然·光子學》在線刊登。通訊作者為浙江大學楊德仁院士、余學功教授、雷鳴教授、杭鵬杰專職研究員、天合光能高紀凡。浙江大學為該論文的第一單位。
研究人員通過在SAM材料中引入剛性共軛橋聯(lián)單元以提升導電性與偶極矩，從理論和實驗上證明了DMPP分子的強錨定能力以及堆積有序性。
研究團隊通過原位XRD和原位PL表征DMPP調(diào)控鈣鈦礦的結晶過程，阻斷誘發(fā)缺陷的結晶通道，實現(xiàn)鹵素均勻化的可控鈣鈦礦生長，消除納米孔洞與PbI?相偏析，確定了DMPP可以實現(xiàn)鈣鈦礦與SAM基底在結構與能級上的雙重兼容性。
研究團隊通過電學測試和理論計算證明了基于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)化了能級排列，最終1.68eV寬帶隙鈣鈦礦太陽電池實現(xiàn)了24.36%的效率。
通過精確調(diào)控SAM分子堆積及其與鈣鈦礦的相互作用，實現(xiàn)鈣鈦礦與SAM基底在結構與能級上的雙重兼容，研究團隊將DMPP運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。在進一步擴大面積后，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。
