一、 研究背景与挑战
钙钛矿/硅叠层太阳能电池（PVSK/Si TSCs）是突破单结器件理论效率极限的关键技术，目前记录效率已达34.6%，但距离45.1%的理论极限仍有改进空间。主要瓶颈在于宽带隙钙钛矿顶电池的开路电压（VOC）和填充因子（FF）损失，这些效率损失主要源于钙钛矿/C60界面处的载流子复合和能级失配。C60单分子层通过能级钉扎和能带失配引入深能级陷阱态，加剧界面复合损失，而传统单功能钝化剂难以同时解决复合损失和电荷传输限制问题。
中科院宁波材料技术与工程研究所叶继春、杨熹、应智琴研究团队在Nature Communications发表研究"Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells"。研究团队设计并合成新型多功能笼状二铵氯化物分子——1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷氯化物（DCl），嵌入钙钛矿/C60界面，通过刘易斯酸/碱基团、强分子极性及笼状结构，同步实现缺陷钝化、界面偶极调控、抑制非辐射复合和优化能带对准等多重功能。
二、 QFLS表征与载流子动力学解析
QFLS的计算方法与数据来源
该研究通过测量光致发光量子产率（PLQY）来计算内部QFLS值。实验中，采用带隙为1.68 eV的钙钛矿薄膜（Cs0.05(FA0.77MA0.23)0.95Pb(I0.77Br0.23)3）沉积在ITO/MeO-2PACz基板上进行测试。QFLS的计算依赖于PLQY值、生成电流密度JG（近似为JSC = 21.5 mA cm⁻²）以及暗辐射复合饱和电流密度J0,rad。其中，J0,rad通过详细平衡原理（结合EQE数据）计算得到，约为4.153×10⁻²³ Am⁻²。
QFLS测量结果与数据解析
研究人员针对几种关键的半器件结构进行了PLQY/QFLS测量（图2a）：
对照组薄膜（MeO-2PACz/Perovskite）： 测得的隐含PLQY为0.318%。 计算得到的QFLS为1.265 eV。
覆盖C60后的对照组（MeO-2PACz/Perovskite/C60）： PLQY急剧下降至0.0033%。 计算得到的QFLS降至1.147 eV。这一显着下降证明了C60界面引入了强烈的表面复合。
DCl处理后的器件（MeO-2PACz/Perovskite/DCl/C60）： PLQY大幅提升至0.0949%。 计算得到的QFLS恢复至约1.234 eV。
QFLS数据对比显示DCl处理能有效抑制C60诱导的非辐射复合。DCl处理后，QFLS几乎恢复到未覆盖C60裸膜的水平（1.234 eV vs. 1.265 eV），量化了界面能损的最小化程度。
表面电子学结构分析（图3b, 附图31）与QFLS结果一致。KPFM测量显示DCl处理使钙钛矿表面费米能级（EF）变浅（功函数降低），在光照下有利于电子准费米能级（Efn）和电洞准费米能级（Efp）产生更大分裂，形成更大的QFLS。DCl诱导的QFLS提升预示了器件潜在VOC损失的降低。
研究通过PLQY计算QFLS（如1.147 eV恢复至1.234 eV），量化界面能损，证明了非辐射复合的抑制效果。Enlitech QFLS-Maper检测仪涵盖研究所需的核心功能，提供PLQY、iVoc和Pseudo J-V等关键参数测量。设备能在3秒内可视化QFLS影像，直观显示材料缺陷与载流子均匀性分布；并在2分钟内预测iVoc与效率限值。QFLS-Maper可用于光电材料缺陷源分析、验证界面工程效果及评估材料潜力的诊断平台。
光致发光映射（PL mapping）表征与数据解析
PL mapping是评估太阳能电池吸收层薄膜空间均匀性和表面缺陷分布的空间分辨光电检测技术。研究中用于验证DCl分子修饰钙钛矿薄膜界面的钝化效果。
使用显微拉曼光谱仪在连续模式下获取稳态光致发光（SSPL）及相应的PL图像，通过空间分辨的PL图像揭示钙钛矿薄膜表面陷阱态分布和非辐射复合程度。
图2b.c（对照组、DCl处理组PL映射图）：
对照组薄膜光致发光分布相对不均匀，发光强度较低。DCl处理后薄膜展现更均匀的荧光分布，伴随更高的荧光强度。
附图23（PL强度直方图）：
DCl处理后的直方图分布集中，整体强度向高值偏移，验证了PL强度的提升。
载流子动力学意义：
PL mapping结果与稳态PL光谱（附图22）一致，显示DCl处理后PL强度增强，表明非辐射复合得到抑制。均匀且高强度的荧光分布证明表面陷阱态减少，DCl诱导的准二维钙钛矿实现了对晶界和晶粒内部的同步均匀钝化。
Enlitech SS-LED220 大光班太阳光模拟器
研究通过精准J-V曲线实现31.1%叠层效率验证，并以MPPT追踪证实超过1020小时的稳定性。Enlitech SS-LED220模拟器提供A++时间稳定性（< 0.5%），适用于长期寿命测试需求。该设备针对光敏感的钙钛矿和叠层电池设计，能减少传统光源波动，有助于确保高精度J-V数据的可重复性，并以超过10,000小时使用寿命支持长周期稳定性追踪。
三、结论与研究成果 (Conclusion and Achievements)
研究成功开发并应用了多功能笼状双铵氯化物（DCl）分子对钙钛矿/C60界面进行修饰。该分子通过刘易斯酸/碱基团与界面偶极矩调控，抑制了表面缺陷和复合损失。更重要的是，笼状双铵阳离子诱导形成了具有自发面内取向且具有铁电效应的纯相准二维钙钛矿。这种铁电界面物理特性通过降低表面功函数，促进了载流子的分离和提取。
主要器件性能总结：
• 单结钙钛矿太阳能电池： 1.68 eV单结电池实现了22.6%的效率（0.1 cm²）。在大面积器件（1.21 cm²）上仍保持21.0%的高效率。（图4b.c）
• 钙钛矿/硅叠层电池： 将DCl介导的铁电准二维钙钛矿引入单片式钙钛矿/TOPCon叠层电池中，实现了31.1%的效率（1.0 cm²，反扫描：VOC = 1.905 V，FF = 80.1%，JSC = 20.4 mA cm⁻²）。（图4f）
• 稳定性： 在ISOS-L-1标准下（环境条件，未封装），DCl处理的叠层器件展现出优异的长期工作稳定性，在1020 h后仍保留85.4%的初始效率。（图S57）
文献参考自nature communications_DOI: 10.1038/s41467-025-63720-8
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