Nat. Energy 港中大Martin Stolterfoht、港城大Alex K.-Y. Jen、Xiaofeng Huang：效率26.3%与稳定运作3000小时！a-SAMUL重塑电洞选择层

针对钙钛矿太阳能电池组件在实际户外运行中，因局部阴影遮挡引发的反向偏压损伤问题，香港中文大学Martin Stolterfoht 教授与香港城市大学 Alex K.-Y. Jen、Xiaofeng Huang教授研究团队在《Nature Energy》发表了一项技术突破。研究团队开发出非晶态自组装多分子层（a-SAMUL），通过界面工程同步抑制离子迁移与非辐射复合损耗，提升了器件在极端环境下的稳定性和光电转换效率。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池的长期稳定性受离子迁移显着影响。在实际应用的组件阵列中，局部遮蔽会导致电池承受极高的反向偏压，进而诱发界面电场屏蔽与材料降解。现有的自组装单分子层（SAMs）空穴选择层虽能辅助电荷传输，但往往因分子堆叠过于紧密导致高度结晶，或因基板覆盖不均，使得钙钛矿与阳极直接接触，产生漏电流并加剧反向偏压下的离子迁移。

研究团队开发的 a-SAMUL技术，通过将带有大体积咔唑基团的SAM 分子（CbzNaph）与其羟基化衍生物（CbzNaphOH）混合，利用分子内氢键打破原有的结晶聚集状态。这种非晶态结构能实现对基板的致密覆盖，并在钙钛矿与阳极间建立强韧的双向黏附，有效阻隔离子迁移。实验数据表明，该器件实现了26.3% 的认证转换效率，连续运行 3000 小时无明显衰减，并能承受超过 -17 V 的反向击穿电压。

准费米能级分裂（Quasi-Fermi Level Splitting, QFLS）是评估钙钛矿太阳能电池界面质量、判定非辐射复合损失与热力学电压极限的核心指标。研究采用光致发光量子产率（PLQY）测试提取 QFLS，定量分析了 a-SAMUL在界面能级对齐与缺陷钝化方面的具体作用。

在数据匹配分析中，图 3c与补充图 54a展示了不同结构的 VOC与 QFLS对比。结果显示，a-SAMUL半电池结构的 QFLS达到 1.224 eV，优于高结晶 c-SAMUL的 1.217 eV 及纯NiOx 的1.205 eV。在完整电池器件中，a-SAMUL的 QFLS数值与实际测得的 VOC高度吻合；相比之下，c-SAMUL与纯 NiOx器件均出现明显的 QFLS-VOC落差（Mismatch）。这一结果证实 a-SAMUL 显着缩小了多数载流子的界面能级偏移，有效抑制了界面处的非辐射复合。

载流子动力学方面，补充图 53的时间分辨光致发光（TRPL）衰减光谱显示，a-SAMUL/钙钛矿半电池的 Shockley-Read-Hall (SRH) 载流子寿命长达 2311 ns，显着高于 c-SAMUL对照组的 1543 ns。该动力学数据证明 a-SAMUL能同时降低界面与体相内部的缺陷密度。

此外，结合补充图 43的 AFM-IR形貌图与图 5c-h的 ToF-SIMS离子分布影像，研究从形貌与化学成分层面确认了该非晶态薄膜具有极高的空间均匀性，在强电场下能彻底阻绝碘离子（I-）的迁移与聚集。

针对热应力稳定性，补充图 61记录了器件在 60度C 加热 24 小时前后的 QFLS 变化。结果表明 a-SAMUL结构的 QFLS衰减极小，稳定性优于 NiOx与 c-SAMUL组别。

配合图3d 与补充图54b 的漂移-扩散（Drift-diffusion）模型模拟，研究推算出 a-SAMUL 空穴选择界面的表面复合速率仅约 1 cm/s。综合上述 QFLS表征与光学数据，该研究从物理与能量维度确立了a-SAMUL 结构在提升开路电压与降低离子诱导损失中的核心作用。

该研究揭示了空穴选择层的分子堆叠形态与反向偏压稳定性之间的直接关联。通过将易结晶的单分子层改性为均匀分布的非晶态多分子层（a-SAMUL），成功构建了兼具高空穴迁移率与坚固离子阻挡能力的界面层。

QFLS表征技术在研究中发挥了关键的诊断作用，精准解析了新型界面材料如何通过减小能级落差与缺陷密度，将非辐射复合降至最低，使器件VOC 贴合热力学极限。这种兼具高转换效率与优异反偏稳定性的界面工程方案，直接应对了组件在实际户外应用中的遮蔽衰减难题，为大面积组件与钙钛矿/硅叠层电池的商业化提供了明确的技术改良路径。

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