攻克钝化串扰难题，实现高效叠层电池

宽能隙钙钛矿在叠层太阳能电池中面临严峻挑战：现有双阳离子钝化策略存在阳离子竞争和表面偶极紊乱问题，导致界面缺陷和能级失配。北京理工大学李红博教授、魏静教授、陈怡华教授团队在《Angewandte Chemie International Edition》发表突破性研究，开发自洽性阳阴离子整合钝化（SCAP）策略，设计多功能钝化剂1,3-丙二胺双 PDA(TFA₂)。该技术将缺陷钝化和场效应钝化整合到统一框架，有效消除钝化串扰。最终实现宽能隙钙钛矿太阳能电池（1.68 eV）23.23% PCE和1.27 V开路电压，集成为单片叠层电池后在0.945 cm²面积上取得32.33% PCE效率和31.47%认证效率，开路电压达1.992 V。

Fig. 4G 显示了钙钛矿/硅叠层太阳能电池的稳定功率输出

QFLS量化SCAP策略载流子动力学优化

准费米能级分裂（QFLS）分析和光致发光光谱成为评估SCAP策略抑制非辐射复合效果的关键技术。通过测量QFLS增强，研究人员量化了不同钝化方法在抑制电压损失和非辐射复合方面的表现。

研究显示，PVK-SCAP薄膜达到3.74% PLQY，相较控制组的1.69%和PVK-Hybrid的2.52%有明显提升。对应的QFLS分析显示PVK-SCAP系统获得20 meV显着能量增益，PVK-Hybrid系统为10 meV，证明SCAP策略增强了载流子分离并减少界面复合。

Fig. 3d 显示了沉积在玻璃上的三种不同 WBG 薄膜的 PLQY 光谱分析以及 QFLS 增强的结果

Fig. 3f 显示了 PVK-Control、PVK-Hybrid 和 PVK-SCAP 薄膜的稳态 PL 光谱，用于确认钝化效果

时间分辨PL（TRPL）结果显示，PVK-SCAP薄膜平均载流子寿命延长至386 ns，优于PVK-Hybrid的270 ns和PVK-Control的180 ns，再次证实非辐射复合受到抑制。这些数据表明SCAP策略有效减小了WBG PSCs的QFLS与VOC之间的失配。

Fig. 3g 显示了 PVK-Control、PVK-Hybrid 和 PVK-SCAP 薄膜的时间分辨 PL（TRPL）光谱，用于验证非辐射复合的抑制

团队通过精确的 PLQY 光谱和准费米能级分裂（QFLS）测量，成功验证了 SCAP 策略对非辐射复合的抑制，并量化了 20 meV 的 QFLS 增益。Enlitech QFLS-Maper 系统搭载了 QFLS Mapping、PLQY、iVOC 预测及 Pseudo J-V 等多模块功能。研究人员能藉此设备在数秒内获得 QFLS 可视化分布，并精确量化材料的开路电压潜力（Voc potential），可重现论文中的薄膜光物理表征，以准确评估材料的效率极限。

SCAP策略：消除钝化串扰的协同机制

SCAP策略的突破在于引入双极性阴离子TFA⁻作为缺陷钝化剂，并与PDA²⁺阳离子整合。TFA⁻的双极性特性使其能够同时钝化Pb²⁺和NH₃⁺离子相关缺陷，成为取代PEAI的理想表面修饰配体，有效避免传统混合钝化中的阳离子竞争问题。

能级优化与协同效应：紫外光电子能谱（UPS）分析显示，PVK-SCAP薄膜独特地结合了合适的电离能（IE = -5.79 eV）与较低的导带偏移量（CBO = 0.23 eV），实现材料稳定性与能级对准的同步优化。X射线光电子能谱（XPS）结果证实PDA²⁺和TFA⁻之间的协同效应：TFA⁻不仅与钙钛矿中NH₃⁺形成氢键，还与C₆₀界面形成C-F···π相互作用。

载流子传输优化：电化学阻抗光谱（EIS）分析显示，PSC-SCAP在所有组别中展现出复合电阻和电荷转移电阻，协同效应有效抑制陷阱辅助复合（斜率值为1.46 kT/q，优于控制组的1.86 kT/q），从根本上提升载流子收集效率和电压输出。

J-V曲线验证：单结与叠层性能全面突破

J-V曲线测量全面验证SCAP策略优异效果。反式WBG（1.68 eV）PSCs在PDA(TFA)₂界面修饰下，PSC-SCAP的VOC从1.19 V增加到1.27 V，FF从75%增加到83.1%，器件实现23.23% PCE，远高于控制组的20.06%。反向扫描与正向扫描曲线间几乎没有滞后现象。叠层电池表现更加出色：PVK-SCAP/Si叠层器件反向扫描实现32.33% PCE，VOC达1.992 V、JSC达20.43 mA/cm²、FF达79.43%，经第三方评估认证稳定PCE为31.47%。

Fig. 4b单结器件J-V曲线与参数。

Fig. 4f叠层器件J-V曲线与参数。

Fig. 4g叠层器件稳定认证效率。

Enlitech SS-LED220 A++可调光谱LED太阳光模拟器特别适合应用于叠层电池研究，提供A++级光谱精确调控能力（350-1200 nm），可独立调控不同波段LED强度，支持单结扫描精准分析串联效率瓶颈。A++级时间不稳定性（<0.5%）确保长效稳定光照，支持预光照处理和慢速IV测量有效克服钙钛矿迟滞效应。

EQE测量：光电转换能力与电流匹配验证

外部量子效率（EQE）光谱验证了TFA⁻在平衡电荷传输动力学中的协同作用。单结器件EQE曲线支持SCAP策略带来的高性能表现，证实了光电转换能力的显着提升。叠层器件EQE测量用于确认上下电池电流匹配情况：PVK-SCAP/Si叠层太阳能电池的钙钛矿子电池和硅子电池积分JSC分别为21.40 mA/cm²和20.55 mA/cm²，与J-V结果吻合良好，验证了测量准确性和各波长下的优异吸收转换效率。

Fig. 4c 单结器件 EQE

Fig. 4h 叠层器件 EQE 和积分JSC

Enlitech QE-R量子效率量测系统以重复性和精度广获信赖，应用于超过500个光伏研究实验室。系统双独立锁相放大器设计，能精确测量叠层太阳能电池的EQE、IPCE、SR、IQE和反射率，并进行电流积分计算，为叠层钙钛矿等光伏材料提供可靠的光谱响应评估。

结论

SCAP策略成功解决了WBG钙钛矿太阳能电池中界面缺陷和能级失配的长期挑战，有效消除双阳离子钝化中的阳离子竞争问题。通过统一的缺陷钝化和场效应钝化框架，实现所有光伏参数的协同提升。该技术不仅推动单结钙钛矿效率突破23.23%，更将叠层电池效率提升至32.33%新高度。PVK-SCAP薄膜展现优异操作稳定性（连续MPPT测试T₈₅ = 600小时），为下一代叠层太阳能电池的发展和商业化应用奠定重要技术基础。

Fig.4j

文献参考自Angewandte Chemie International Edition_DOI: 10.1002/anie.202509782

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