研究背景

太阳能电池单结器件效率受肖克利-奎伊瑟理论极限约束（约33%）。叠层太阳能电池（TSCs）可突破此限制，理论效率超过45%，其中单片式钙钛矿/有机叠层因易于溶液制备及优异柔韧性而备受关注。

广能隙钙钛矿（WBG PSCs）面临的核心挑战是混合阳离子（FA-Cs）与混合卤素（Br-I）体系的离子尺寸不匹配和非平衡结晶动力学，导致组分垂直梯度、不均匀相分布、缺陷生成和离子偏析，显著增加非辐射复合损失。调控结晶过程实现组分均匀化是提高WBG PSCs开路电压和稳定性的关键。

南昌大学的陈义旺教授团队在学术期刊《Advanced Materials》发表了一项研究。团队引入了一种磷酸酯衍生物——磷酸三苯酯（Tri-PyPA），用于调控Br/I的竞争性结晶与组分分布。

研究团队采用的核心策略与成果： 研究团队利用Tri-PyPA实现相均匀WBG钙钛矿的制备。Tri-PyPA作用机制具备三重优势：

1. 抑制富溴相迁移： Tri-PyPA优先与PbBr2配位，改变Pb2+与Br-/I-离子间的静电作用，有效抑制高扩散性（富溴）组分在结晶过程中的快速迁移。

2. 固定阳离子： 通过H•••O=P相互作用与甲脒阳离子（FA+）形成稳定的六元氢键环结构，达到固定阳离子的效果。

3. 缺陷钝化与稳定性提升：      Tri-PyPA的π-π共轭能力有助于在（100）晶面上形成紧密的分子覆盖层，此举不仅能显著降低非辐射复合，同时提高了离子迁移的能垒。

通过此优化策略，研究团队制备的高效率单结WBG PSCs：在1.72 eV能隙下效率为21.39%，在1.84 eV能隙下效率为19.64%。另外，未封装器件展现出1100小时的T95寿命。将此优化后的WBG PSCs集成于单片式钙钛矿/有机叠层太阳能电池中，获得了26.11%的效率（认证值为25.07%），并在连续操作1000小时后仍保持超过80%的初始效率。这项工作为开发高效、高稳定的叠层太阳能电池提供了重要的材料工程方案。

2. 准费米能级分裂（QFLS）表征分析

QFLS作为评估太阳能电池材料中载流子抽取与非辐射复合损失的重要参数，在本研究中被用于评估Tri-PyPA引入后对能量损失的有效抑制程度。QFLS的大小反映了光生载流子在吸收层中可达到的最大分离电压，与器件的开路电压（Voc）提升直接相关。

研究团队通过稳态和瞬态光致发光（PL）技术，结合电学特性测量，对载子动力学进行了深入解析。

QFLS测量与数据解析

论文中提供了控制组与Tri-PyPA处理组钙钛矿薄膜的QFLS数据（图S25）。

• 核心发现: Tri-PyPA处理过的钙钛矿薄膜显示出更强且更均匀的QFLS分布。

• 意义: QFLS分布的增强与均匀化，表明Tri-PyPA有效地抑制了能量损失。这种能量损失的抑制是提高PSCs开路电压（Voc）的关键。

这篇宽带隙钙钛矿研究中，QFLS表征是量化非辐射复合与预测开路电压潜力的关键手段。研究证实，更强且更均匀的QFLS分布是抑制能量损失、提升效率的核心发现。

Enlitech QFLS-Maper检测仪精准呼应此高阶研究需求：它具备多模组功能，可视化显示完整的QFLS影像分布，直观评估薄膜均匀性（对应论文中的PL均匀性分析）。仅需3秒，即可获得QFLS可视化结果，并在2分钟内快速测量Pseudo J-V曲线与iVoc，精准量化材料的理论效率极限与非辐射复合损失。

辅助表征与载子动力学解析

1. 非辐射复合抑制： 透过光强度依赖性Voc测量，研究团队计算出器件的理想因子（n）。Tri-PyPA器件的n值为1.73，显著低于控制组的2.22。n值接近1表明肖克利-里德-霍尔（Shockley–Read-Hall, SRH）复合被大大抑制。此外，Tri-PyPA器件中还观察到双分子复合的减弱。（图 S24）

   
        

2. 缺陷密度降低： 空间电荷限制电流（SCLC）测量显示，Tri-PyPA器件的陷阱填充极限电压（VTFL）从控制组的1.095 V降低到0.794 V。VTFL的降低直接证明了陷阱密度减少，这与非辐射复合受到抑制的结果相一致。（图 3f）

   
        

3. 载子寿命与抽取： 瞬态光电压（TPV）测量显示，Tri-PyPA器件的电荷复合寿命（τrec）延长至553 μs。瞬态光电流（TPC）测量则显示电荷抽取时间（τtra）缩短至0.64 μs。这表明非辐射复合降低，载流子寿命增加，同时电荷传输和抽取效率提高。（图 4d）

   
        

4. PL空间均匀性表征： 超光谱PL成像提供了组分偏析的空间洞察。在控制组薄膜中，持续雷射激发会出现接近780 nm的峰值，这是卤素重新分布的标志。然而，Tri-PyPA薄膜则显示出均匀的发射剖面，证明Tri-PyPA有效地减轻了局部卤素偏析和宏观相分离。在连续UV照射下进行的实时PL测量进一步证实，控制组薄膜出现红移，表明发生光诱导相分离，而Tri-PyPA薄膜则变化可忽略，验证了光稳定性的提高。（图 3a）

   

   
        

3. 结论与研究成果

核心策略成果

• 成功引入Tri-PyPA优化Br/I竞争性结晶，实现WBG钙钛矿组分均匀化，有效降低缺陷密度。（图 1a,3f）

  
       

• 单结WBG PSCs效率表现（图 4b）：

  
       

• 1.72       eV能隙：21.39% PCE

• 1.84       eV能隙：19.64% PCE

QFLS核心贡献

• 提供直接证据链，链接Tri-PyPA化学和晶体结构优化与器件性能提升

• 证明Tri-PyPA有效抑制能量损失

• 结合瞬态电学和PL数据，共同验证非辐射复合的显著降低

稳定性表现

• 未封装WBG PSCs器件：连续光照下T95寿命达1100小时（图 4f）

  
       

• 单片式钙钛矿/有机叠层太阳能电池：

• 效率：26.11%（认证值：25.07%）（图 5d.S32）

  
       

• 长期稳定性：连续运行1000小时后仍保持80%以上初始效率（图 5h）

文献参考自Advanced Materials_DOI: 10.1002/adma.202511781

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