光焱客户再一篇Nature！南京大学谭海仁、林仁兴团队：偶极钝化策略实现全钙钛矿叠层电池30.6% PCE！

研究背景与挑战

准费米能级分裂（QFLS）表征与解析

研究中，QFLS 是利用光致发光量子产率（PLQY）测量来计算的。实验在 25°C 下进行，激发光源为 365 nm 激光，功率强度调整至 1-sun 等效强度。QFLS (E_QFLS) 的计算公式依据 PLQY、生成电流密度 JG（近似于 Jsc）与黑暗条件下的辐射复合电流密度 J0,rad 之间的关系。

QFLS 测量结果（参见图 2f 与表 S2）提供了层次分明的 Voc 损失量化数据：

• 体材料损失（Glass/Perovskite）： 对照组钙钛矿薄膜的 QFLS 为 958 meV，偶极钝化处理后为 968 meV。这项差异（10 meV）表明偶极钝化改善了体材料的非辐射复合损失。

• HTL 界面损失（ITO/PEDOT:PSS/Perovskite）： 纳入 PEDOT:PSS     界面后，对照组 QFLS 降至 904 meV，相较于体材料损失 54 meV。偶极钝化组的 QFLS 则为 940 meV，相较于体材料仅损失 28 meV。

• 界面损失量化： 通过比较两组数据，偶极钝化策略成功将 HTL 界面的非辐射复合损失减少了 26 meV (54 meV - 28 meV)。

• 完整器件损失： 在完整的 p-i-n 堆叠中，偶极钝化器件的 QFLS 比对照组高出约 37 meV。此外，两种器件在 ETL 界面上的损失差异极小（约 1 meV）。

QFLS 提供了定量证据，证实偶极钝化主要作用于 HTL 界面和埋入式 Pb-Sn 钙钛矿层质量。通过分离体材料、HTL 界面和 ETL 界面的 QFLS 损失，研究明确指出 Voc 总体提升主要来自于 HTL 界面 26 meV 和体材料 10 meV 的损失减少。

研究团队使用 Micro-PL 映射来确认偶极钝化对底层界面非辐射复合的空间改善效果。Enlitech QFLS-Maper 提供了 QFLS Image功能，能将准费米能级分布可视化。这使得研究人员可以在三秒内扫描材料质量的均匀性，快速识别界面缺陷热点，避免传统单点测量可能产生的偏差，从而确保钝化策略的空间可靠性。

稳态光致发光（PL）测量显示，偶极钝化处理后的薄膜 PL 强度显着增加，表明非辐射复合受到抑制。时间分辨光致发光（TRPL）分析也显示，偶极钝化薄膜的载流子提取速度更快（快速衰减组件 τ1 = 43 ns，对照组为 132 ns），这与 Type-II 能级对准导致的空穴高效提取一致。（图2b）

图 2g 的放大微区光致发光映射（Micro-PL mapping）分析，是从 Glass/ITO/PEDOT:PSS 一侧激发并测量的。结果显示，偶极钝化薄膜的底层界面（HTL/Perovskite）非辐射复合问题显着改善。

此研究中，单结太阳能电池的电流密度-电压（J-V）特性是在EnliTech Class AAA 太阳光模拟器（SS-X）下测量的。外量子效率（EQE）测量则采用 EnliTech QE 系统（QE-R）在环境空气中进行。

偶极钝化 Pb-Sn 单结电池的优异性能器件，其 PCE 达到 24.9% （稳态 24.7%），Voc 为 0.911 V，Jsc 为 33.1 mA cm-2。该器件的 EQE 光谱积分电流密度为 32.7 mA cm-2。（图3c.d.e）

全钙钛矿叠层电池的优异器件，则是在双灯高光谱匹配太阳光模拟器下测量 J-V 特性的。该叠层器件的 PCE 达到 30.6%。其 EQE 测量中，宽带隙和窄带隙子电池的积分 Jsc 均为 16.6 mA cm-2，与 J-V 测量结果吻合。此外，经由 JET 认证，该器件稳态 PCE 达 30.1% （活性面积 0.049 cm2）。（图4d.e）

结论与研究成果

文章标题：All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation

出处（期刊名称）：nature

出版日期：2025.10.27

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09773-7

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