攻克鈍化串擾難題，實現(xiàn)高效疊層電池

寬能隙鈣鈦礦在疊層太陽能電池中面臨嚴峻挑戰(zhàn)：現(xiàn)有雙陽離子鈍化策略存在陽離子競爭和表面偶極紊亂問題，導致界面缺陷和能級失配。北京理工大學李紅博教授、魏靜教授、陳怡華教授團隊在《Angewandte Chemie International Edition》發(fā)表突破性研究，開發(fā)自洽性陽陰離子整合鈍化（SCAP）策略，設計多功能鈍化劑1,3-丙二胺雙 PDA(TFA?)。該技術(shù)將缺陷鈍化和場效應鈍化整合到統(tǒng)一框架，有效消除鈍化串擾。最終實現(xiàn)寬能隙鈣鈦礦太陽能電池（1.68 eV）23.23% PCE和1.27 V開路電壓，集成為單片疊層電池后在0.945 cm2面積上取得32.33% PCE效率和31.47%認證效率，開路電壓達1.992 V。

Fig. 4G 顯示了鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的穩(wěn)定功率輸出

QFLS量化SCAP策略載流子動力學優(yōu)化

準費米能級分裂（QFLS）分析和光致發(fā)光光譜成為評估SCAP策略抑制非輻射復合效果的關鍵技術(shù)。通過測量QFLS增強，研究人員量化了不同鈍化方法在抑制電壓損失和非輻射復合方面的表現(xiàn)。

研究顯示，PVK-SCAP薄膜達到3.74% PLQY，相較控制組的1.69%和PVK-Hybrid的2.52%有明顯提升。對應的QFLS分析顯示PVK-SCAP系統(tǒng)獲得20 meV顯著能量增益，PVK-Hybrid系統(tǒng)為10 meV，證明SCAP策略增強了載流子分離并減少界面復合。

Fig. 3d 顯示了沉積在玻璃上的三種不同 WBG 薄膜的 PLQY 光譜分析以及 QFLS 增強的結(jié)果

Fig. 3f 顯示了 PVK-Control、PVK-Hybrid 和 PVK-SCAP 薄膜的穩(wěn)態(tài) PL 光譜，用于確認鈍化效果

時間分辨PL（TRPL）結(jié)果顯示，PVK-SCAP薄膜平均載流子壽命延長至386 ns，優(yōu)于PVK-Hybrid的270 ns和PVK-Control的180 ns，再次證實非輻射復合受到抑制。這些數(shù)據(jù)表明SCAP策略有效減小了WBG PSCs的QFLS與VOC之間的失配。

Fig. 3g 顯示了 PVK-Control、PVK-Hybrid 和 PVK-SCAP 薄膜的時間分辨 PL（TRPL）光譜，用于驗證非輻射復合的抑制

團隊通過精確的 PLQY 光譜和準費米能級分裂（QFLS）測量，成功驗證了 SCAP 策略對非輻射復合的抑制，并量化了 20 meV 的 QFLS 增益。Enlitech QFLS-Maper 系統(tǒng)搭載了 QFLS Mapping、PLQY、iVOC 預測及 Pseudo J-V 等多模塊功能。研究人員能藉此設備在數(shù)秒內(nèi)獲得 QFLS 可視化分布，并精確量化材料的開路電壓潛力（Voc potential），可重現(xiàn)論文中的薄膜光物理表征，以準確評估材料的效率極限。

SCAP策略：消除鈍化串擾的協(xié)同機制

SCAP策略的突破在于引入雙極性陰離子TFA?作為缺陷鈍化劑，并與PDA2?陽離子整合。TFA?的雙極性特性使其能夠同時鈍化Pb2?和NH??離子相關缺陷，成為取代PEAI的理想表面修飾配體，有效避免傳統(tǒng)混合鈍化中的陽離子競爭問題。

能級優(yōu)化與協(xié)同效應：紫外光電子能譜（UPS）分析顯示，PVK-SCAP薄膜獨特地結(jié)合了合適的電離能（IE = -5.79 eV）與較低的導帶偏移量（CBO = 0.23 eV），實現(xiàn)材料穩(wěn)定性與能級對準的同步優(yōu)化。X射線光電子能譜（XPS）結(jié)果證實PDA2?和TFA?之間的協(xié)同效應：TFA?不僅與鈣鈦礦中NH??形成氫鍵，還與C??界面形成C-F···π相互作用。

載流子傳輸優(yōu)化：電化學阻抗光譜（EIS）分析顯示，PSC-SCAP在所有組別中展現(xiàn)出復合電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻，協(xié)同效應有效抑制陷阱輔助復合（斜率值為1.46 kT/q，優(yōu)于控制組的1.86 kT/q），從根本上提升載流子收集效率和電壓輸出。

J-V曲線驗證：單結(jié)與疊層性能全面突破

J-V曲線測量全面驗證SCAP策略優(yōu)異效果。反式WBG（1.68 eV）PSCs在PDA(TFA)?界面修飾下，PSC-SCAP的VOC從1.19 V增加到1.27 V，FF從75%增加到83.1%，器件實現(xiàn)23.23% PCE，遠高于控制組的20.06%。反向掃描與正向掃描曲線間幾乎沒有滯后現(xiàn)象。疊層電池表現(xiàn)更加出色：PVK-SCAP/Si疊層器件反向掃描實現(xiàn)32.33% PCE，VOC達1.992 V、JSC達20.43 mA/cm2、FF達79.43%，經(jīng)第三方評估認證穩(wěn)定PCE為31.47%。

Fig. 4b單結(jié)器件J-V曲線與參數(shù)。

Fig. 4f疊層器件J-V曲線與參數(shù)。

Fig. 4g疊層器件穩(wěn)定認證效率。

Enlitech SS-LED220 A++可調(diào)光譜LED太陽光模擬器特別適合應用于疊層電池研究，提供A++級光譜精確調(diào)控能力（350-1200 nm），可獨立調(diào)控不同波段LED強度，支持單結(jié)掃描精準分析串聯(lián)效率瓶頸。A++級時間不穩(wěn)定性（<0.5%）確保長效穩(wěn)定光照，支持預光照處理和慢速IV測量有效克服鈣鈦礦遲滯效應。

EQE測量：光電轉(zhuǎn)換能力與電流匹配驗證

外部量子效率（EQE）光譜驗證了TFA?在平衡電荷傳輸動力學中的協(xié)同作用。單結(jié)器件EQE曲線支持SCAP策略帶來的高性能表現(xiàn)，證實了光電轉(zhuǎn)換能力的顯著提升。疊層器件EQE測量用于確認上下電池電流匹配情況：PVK-SCAP/Si疊層太陽能電池的鈣鈦礦子電池和硅子電池積分JSC分別為21.40 mA/cm2和20.55 mA/cm2，與J-V結(jié)果吻合良好，驗證了測量準確性和各波長下的優(yōu)異吸收轉(zhuǎn)換效率。

Fig. 4c 單結(jié)器件 EQE

Fig. 4h 疊層器件 EQE 和積分JSC

Enlitech QE-R量子效率量測系統(tǒng)以重復性和精度廣獲信賴，應用于超過500個光伏研究實驗室。系統(tǒng)雙獨立鎖相放大器設計，能精確測量疊層太陽能電池的EQE、IPCE、SR、IQE和反射率，并進行電流積分計算，為疊層鈣鈦礦等光伏材料提供可靠的光譜響應評估。

結(jié)論

SCAP策略成功解決了WBG鈣鈦礦太陽能電池中界面缺陷和能級失配的長期挑戰(zhàn)，有效消除雙陽離子鈍化中的陽離子競爭問題。通過統(tǒng)一的缺陷鈍化和場效應鈍化框架，實現(xiàn)所有光伏參數(shù)的協(xié)同提升。該技術(shù)不僅推動單結(jié)鈣鈦礦效率突破23.23%，更將疊層電池效率提升至32.33%新高度。PVK-SCAP薄膜展現(xiàn)優(yōu)異操作穩(wěn)定性（連續(xù)MPPT測試T?? = 600小時），為下一代疊層太陽能電池的發(fā)展和商業(yè)化應用奠定重要技術(shù)基礎。

Fig.4j

文獻參考自Angewandte Chemie International Edition_DOI: 10.1002/anie.202509782

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