厉害！上海交通大学博士生一作发《Nature》！

近日，上海交通大学环境科学与工程学院赵一新教授团队与宁德时代21C创新实验室携手，在《Nature》在线发表题为“A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules”的研究论文。团队创新性提出“基质限域分子层”型空穴传输层构型，成功突破传统技术瓶颈，制备出1m×2m大尺寸钙钛矿光伏模组，以20.05%的光电转换效率（经第三方认证）刷新该领域世界纪录，为钙钛矿光伏技术规模化应用解决了薄膜不均匀、界面不稳定的关键难题。作为这项研究的共同第一作者，上海交通大学博士生梁俣港深度参与核心技术研发与校企合作落地，在科研探索与产业对接中，展现了青年学子的创新力量与责任担当。

“我们针对钙钛矿光伏规模化制备中所面临的关键瓶颈，开发了适用于大面积组件的新型分子电荷传输层，构建普适性的基质限域结构解决大面积电荷传输层不均匀、不稳定的关键难题，并系统探究其形成高效传输通道的工作机制，评估其在放大制备过程中的可行性。”团队成员梁俣港介绍，在此基础上，团队与宁德时代21C创新实验室展开深度合作，针对高效稳定的商业化平米级钙钛矿光伏组件，不断优化材料设计与工艺方案，从而充分释放新型分子电荷传输层在钙钛矿光伏模组中的潜力。

这一研究方向的确定，源于传统技术在实际应用中暴露的问题。“在与宁德时代的合作中，我们深入了解到大面积钙钛矿光伏组件在实际生产过程中面临的多重挑战。”梁俣港说，自组装分子（SAM）型空穴传输材料虽能极大提升实验室小面积钙钛矿器件的光电转换效率，但由于分子本身固有的化学特性，其在制备过程中具有团聚结晶的倾向，难以克服分子间的聚集与堆叠，易引发基底上SAM分子的非均匀分布。“随着薄膜面积的扩大，这种不均匀性所带来的负面影响会加剧，致使基于SAM的钙钛矿模组在放大制备时仍面临薄膜均匀性差、界面缺陷密度高等问题，严重制约了大面积模组的效率与稳定性。”

在尝试多种常用SAM材料后，上述问题仍未得到有效改善。为突破当前技术瓶颈，团队成员意识到亟需跳出传统的分子设计思路，探索并构建新型空穴传输层结构，从根本上解决现有体系的局限性。他们最终提出了“基质限域分子层”的创新构想，将SAM分子均匀分散于具有强吸电子能力与优异化学稳定性的BCF基质中，形成了形象的“枣糕结构”。

“基质限域分子层”型电荷传输层结构

这个巧妙构型的诞生，有着清晰的设计逻辑与灵感启发。SAM分子作为一类备受关注的功能材料，其核心优势在于优异的本征空穴传输性能。然而，该分子的聚集行为会显著干扰其电荷传输能力的有效发挥。团队的设计思路就是在维持SAM分子高效传输特性的同时，有效抑制其聚集倾向，理想的解决路径便是将SAM分子均匀分散于某种功能性基质中，构建普适性的基质限域结构，形成高效的电荷传输通道。

赵一新教授注意到，这一构型与英国物理学家约瑟夫・汤姆孙于1898年提出的“枣糕模型”具有概念上的高度相似性：SAM分子正如枣糕中均匀散布的葡萄干，被稳定地限域在基质骨架之中。该类比为研究提供了重要的理论启示与结构想象，而整个研究中最关键也最具挑战性的任务，在于如何合理设计此类基质限域的结构，并系统验证该模型在实验中的可行性与有效性。经过反复探索与调整，团队最终构建出性能稳定的传输层，显著提升了大面积薄膜的结晶质量与均匀性。

平米级组件效率突破20.05%，不仅仅是简单的尺寸放大。在梁俣港看来，光伏组件制备成平米级是基于成本、效率、可靠性与应用场景等多方面因素综合权衡的结果，将实验室中的高效率“复制”到平米级量产组件上，是技术成熟与商业化成功的真正考验。这一效率阈值是钙钛矿光伏迈向商业化的关键里程碑——它意味着技术初步具备了与主流晶硅光伏（组件效率21%–23%）竞争的基础，能带动度电成本大幅下降。未来，无论是屋顶上的分布式光伏“自家发电机”，还是戈壁荒漠中的集中式光伏电站，都可能迎来更高效、经济的选择。

大面积钙钛矿模组及性能

这场技术突破的背后，是学界与业界的深度协同。梁俣港分享了合作中印象深刻的“观念碰撞”：“实验室里0.1cm²的小器件，SAM材料性能能充分发挥，但宁德时代的工程师提醒我们，放大到1m×2m后，SAM材料的疏水性会导致薄膜无法均匀覆盖。”这让他深刻体会到，科研不仅要追求“实验室好看”，也要兼顾“工厂好用”。

从实验室里的理论构想，到校企合作的技术突破，再到即将走进生活的清洁能源应用，这场跨越学界与业界的探索，不仅刷新了世界纪录，更彰显了青年科研人将学术理想与产业需求相结合的实践力量。而这份属于交大团队的创新力量，也将在更多领域绽放光彩。

对话梁俣港：

在团队协作中成长，于科研路上前行

梁俣港，环境科学与工程学院2022级博士生。硕博期间的研究聚焦于高效率钙钛矿太阳能电池组件的制备，核心目标是攻克其从实验室小面积电池走向产业化大面积组件时普遍面临的“效率-面积”权衡难题。通过创新制备工艺，开发能够抑制效率衰减的核心技术，为实现钙钛矿光伏技术的规模化应用提供关键支撑。以第一作者/共同一作在Nature、Chemical Science等期刊上发表多篇SCI论文。

参与这种“学界+业界”的大型合作

项目，你最大的收获是什么？

学界+业界深度融合的合作模式，带来的是超越项目本身的立体化收获，让我建立了以“可制造性”为导向的研发思维，从而有效避免了在象牙塔中闭门造车的局限。在学术研究中，追求的多是性能指标的极致突破；而在产业实践中，我深刻体会到：任何技术，无论其在实验室尺度下表现如何优异，若无法以合理的成本与可控的良率实现规模化制造，其商业价值便难以真正落地。以推进1 m×2 m级钙钛矿组件的效率突破为例，这实为其商业化进程中不可逾越的关键环节。该过程远非简单的尺寸放大，组件在均匀性、缺陷密度、工艺窗口等方面的挑战往往呈指数级增长。可以说，小尺寸高性能电池仅为具备潜力的“实验室样品”；而能够在实际平米级尺度下稳定工作的钙钛矿组件，才是其作为“工业产品”的真正雏形。

右一为梁俣港

在漫长的科研道路上，

是什么支撑你持续保持热情和专注？

我选择钙钛矿光伏作为研究方向，是基于其与全球及国家可持续发展战略的深度契合。在“双碳”目标引领下，发展高效光伏技术是关键路径之一。目前主导市场的晶硅光伏技术，转换效率正逐渐逼近理论天花板，制造成本的下降空间也日趋收窄。而钙钛矿太阳能电池拥有超越晶硅的理论效率极限，原材料储量丰富，具备极低的规模化生产成本，这些特性使其有望突破现有光伏技术瓶颈，完美响应“双碳”战略对新一代清洁能源技术的核心诉求。同时，这一方向也得到《“十四五”可再生能源发展规划》等国家政策的有力支持。作为上海交大的博士研究生，我希望将个人研究融入国家科技强国建设的宏图，为这一变革性技术发展贡献力量，这份与国家需求同频共振的使命感，就是我持续前行的动力。

人群中间（持旗帜区域）右为赵一新教授、左为梁俣港

对于刚踏入科研领域，尤其是清洁能源领域的学弟学妹，你有什么建议？

首先在文献阅读上，要做到既回顾经典，又紧跟前沿。很多关键实验细节与深刻原理，其实沉淀在早期经典文献中，只是随着领域发展逐渐被当作“常识”忽略，回顾经典能帮我们夯实基础；同时技术迭代很快，必须持续关注最新动态，还要保持批判性思维，才不会错过领域核心方向。其次在实验过程中，要牢记重机制、抓关键、快验证。科研初期不用追求流程完美，更重要的是培养观察能力、发现真问题。一旦有初步想法，优先构建最小可行实验路径，尽快验证核心假设是否可行，等拿到阶段性证据后，再回头系统优化细节，实现从“跑通”到“优化”的迭代，这样能少走很多弯路，更高效地推进研究。

供稿丨环境科学与工程学院

采写丨李婧貤

排版丨洪瑀晴

责任编辑丨郑雨涵