AM. 上海交通大学杨旭东：静电锚定策略突破 1 cm2钙钛矿电池认证26.23%

研究背景与挑战

SAMs作为高效率倒置PSC中的空穴选择层，在抑制界面非辐射复合损失方面表现出色，显着提升了器件效率。然而，SAMs对透明导电氧化物(TCO)基底的附着力普遍不足，且与钙钛矿层的界面键合强度偏弱。这些结构缺陷限制了器件向大面积的可扩展性，并严重损害了其长期稳定性，特别是在热应力条件下。

该研究由上海交通大学杨旭东教授领导团队完成，并在光电领域期刊《Advanced Materials》上发表。研究团队提出了一种静电增强锚定策略(EEAS)，旨在从根本上强化PSC的埋藏界面键合。此方法使用磺胺嘧啶(SDZ)作为SAM沉积后的后处理剂，诱导SAMs中的磷酸基团(PO3H2)发生定向质子转移而去质子化。

产生的带负电磷酸根物种(PO3H-)与带正电的TCO(例如FTO)表面金属离子产生强烈的静电作用，从而强化SAMs的锚定。同时，质子化的SDZ物种与钙钛矿层中未配位的Pb2+建立强配位作用，有效钝化界面缺陷。通过此双重机制，优化后的SDZ-SAM界面促进了钙钛矿的结晶质量，并提升了电荷提取效率。（图1h）

采用SDZ后处理的PSC在1 cm2面积上达到26.23%的认证效率，并在65°C下连续光照1000小时后，仍保持初始效率的94.1%以上。（图5d,h）

准费米能级分裂(QFLS)表征与解析

该研究通过测量光致发光量子产率(PLQY)来估算QFLS。QFLS的计算基于PLQY结果，量化公式为：

QFLS = kBT × ln(PLQY × JG/J0,rad)

其中，kB为玻尔兹曼常数，T为温度，JG为光生电流密度，J0,rad为辐射复合饱和电流密度。

SDZ-SAM处理后的钙钛矿薄膜样品呈现出PLQY值3.81%。根据计算，该样品的QFLS值为1.207 V，且VOC非辐射复合损失(ΔVOC non-rad)仅为84 mV。由于ΔVOC non-rad与kBT ln(PLQY)/e成反比，该数值接近于在玻璃参考基底上观察到的结果。（图S27）

这项发现证明，SDZ后处理有效地钝化了界面缺陷，将非辐射复合引起的VOC损失降至较低水平。

研究团队同时进行了其他载流子动力学和缺陷态的表征，以进一步验证QFLS测量的结果：

• 时间分辨光致发光(TRPL)与定态PL：TRPL曲线采用双指数模型拟合，其中τ1代表电荷提取相关的双分子复合，τ2代表陷阱辅助复合。SDZ处理后的样品呈现出较高的PL强度和较长的平均载流子寿命(τave为1587.77 ns，相较于原始SAM的1021.60 ns)。这表明EEAS有效钝化了缺陷并抑制了非辐射复合，同时促进了空穴的提取效率。（图S25）

• PL映射(PL mapping)：在50 μm × 50 μm区域内进行的PL强度映射显示，SDZ-SAM基底上的钙钛矿薄膜具有优异的均匀性与较高的PL强度。这项结果直接支持了EEAS策略有助于均匀钙钛矿结晶和优化界面接触的论点，这对大面积器件的可扩展性至关重要。（图4a-c）

• 空间电荷限制电流(SCLC)测量：通过空穴传输专用器件的SCLC测量，定量分析了缺陷态密度(Nt)。SDZ-SAM器件的陷阱限制电压(VTFL)降低至0.208 V，计算出的空穴陷阱态密度(Nt)为1.36 × 10^15 cm^-3。该数值低于原始SAM器件，印证了SDZ处理有效地钝化了陷阱态。（图S28）

QFLS在此研究中扮演了核心的定量评估工具。它提供了一个直接的热力学指标，用以量化EEAS策略在减少非辐射复合损失方面的实际成效。QFLS的高数值与极低的ΔVOC non-rad数值(84 mV)的结果，与TRPL和SCLC测量所揭示的缺陷钝化和载流子寿命增长现象相互印证，从而确立了SDZ增强界面键合的电子学优势。

器件的电流密度-电压(J-V)曲线量测，是在Enlitech的光源模拟器下，于AM 1.5G照明条件(1000 W m^-2)下完成。SDZ-SAM器件在1.036 cm2面积上取得了26.54%的效率，并由NPVM认证为26.23%。器件的参数为VOC = 1.192 V、JSC = 26.48 mA cm^-2、FF = 84.09%。（图5d）

研究团队采用Enlitech的QE-R量测系统。SDZ-SAM器件的EQE曲线积分电流密度为25.78 mA cm^-2，与J-V曲线的JSC结果高度吻合。EQE曲线亦在MPP电压下进行量测，结果显示EEAS器件在较高偏压下，尤其在短波长区域，展现出优异的量子转换效率，这归因于埋藏界面处载流子提取效率的提升。（图37a）

结论与研究成果

文章标题：Electrostatically Enhanced Self-Assembled Monolayers Anchoring for Scalable and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

出处（期刊名称）： Advanced Materials

出版日期：2025.11.16

DOI：https://doi.org/10.1002/adma.202514735