AFM. 埃因霍温理工大学 René A. J. Janssen：单接面纪录 FAPbBr3实现6.5%太阳能转氢效率！

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宽带隙（约 2.3 eV）钙钛矿材料，如FAPbBr3，因其理论上可提供高开路电压（VOC），是单结光伏驱动水分解系统的理想选择。然而，当前溴基钙钛矿电池的实际 VOC 远低于其辐射极限，主要归因于材料体内的缺陷、界面非辐射复合，以及空穴/电子传输层与钙钛矿之间的能级失配。

该研究由埃因霍温理工大学 René A. J. Janssen 教授团队主导，发表于《Advanced Functional Materials》。为解决这些瓶颈，该团队提出了一种双重钝化策略：利用硫氰酸甲脒（FASCN）进行本体钝化，以促进晶粒生长并减少晶界缺陷；同时，使用 1,3-丙二铵碘化物（PDAI2）进行表面钝化，来抑制界面复合。此外，研究人员针对电子传输层（ETL）开发了一种三元富勒烯混合物（PCBM:CMC:ICBA，比例1:1:1），用以改善能级对齐并降低能量损失。（图2）

该研究利用准费米能级分裂（Quasi-Fermi Level Splitting, QFLS）表征来量化不同环节的能量损失来源。研究团队通过绝对光致发光（APL）光谱测量 QFLS，并将其与理论辐射极限比较，从而区分来自材料体相和界面的非辐射复合损失。

数据显示，带隙为 2.28 eV 的 FAPbBr3，其辐射 VOC 极限约为 1940 meV。图 S10详细记录了不同处理阶段的 QFLS演变：

• 体相改性效果：原始（Neat）钙钛矿薄膜的 QFLS为 1735 meV，比辐射极限低 205 meV。引入 FASCN 后，QFLS 提高至 1795 meV，表明本体非辐射复合得到有效抑制。

• 界面复合抑制：在FASCN 钝化的薄膜上沉积 PCBM 电子传输层后，QFLS 下降了 77 meV（降至 1718 meV），反映出显着的界面非辐射复合。若先经过PDAI2 表面处理再沉积 PCBM，QFLS 的降幅则缩减至 33 meV，最终达到 1742 meV，此数值比未经表面处理的器件高出 24 meV。该结果表明 PDAI2 主要作用于表面，能有效阻隔界面处的电荷复合。

时间分辨光致发光（TRPL，图 S8与 图 3f）的分析也佐证了载流子动力学的变化。FASCN的引入使 PL 衰减变慢，代表本体缺陷减少。经过PDAI2 处理的样品，其 PL 寿命反而缩短，这并非复合增加所致，而是因为PDAI2 消除了会延长载流子寿命的浅层缺陷态（shallow traps），此现象与相关文献报道一致。

高灵敏度亚带隙外量子效率（Sub-bandgap EQE，图 3e）则从另一角度提供了界面质量的证据。当单独使用 CMC 作为 ETL 时，亚带隙信号增强，显示界面缺陷态密度较高。而三元混合 ETL（1:1:1 mix）则展现了与 PCBM 相似的低缺陷水平，同时实现了更优的能级匹配。

通过 QFLS 表征指导的材料与器件优化，小面积器件的 VOC 从 1.41 V 提升至 1.60 V，能量转换效率（PCE）达到 9.4%。当器件面积放大至 1.0 cm2 后，仍能保持 1.63 V 的高 VOC。（图3a、S19a）

研究团队将此优化后的钙钛矿太阳能电池（PSC）集成至光伏-电化学（PV-EC）水分解系统中，使用 Pt 和 RuO2分别作为氢、氧析出催化剂，在连续运行 1 小时内展现了稳定的性能（图 4c）。该系统最终实现了 6.5%的太阳能到氢气（STH）的转换效率，这是目前已报道的单结吸光层PV-EC 系统中的较高水平。

该工作通过 QFLS 的精准表征，揭示了 VOC 损失的物理机制，并验证了双重钝化策略与三元 ETL 组合在降低非辐射复合与改善界面能级匹配方面的有效性。这项工作为开发高效的单结太阳能燃料生产系统提供了一套清晰的材料与界面优化方案。

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