一、研究背景与挑战
倒置结构（p-i-n 架构）的钙钛矿太阳能电池因其优异的内在稳定性及与叠层电池架构的兼容性，已成为光伏商业化具前景的技术路线之一。在钙钛矿组合物中，FA(1-x)Cs(x)PbI3因其接近理想的带隙，具备进一步提升效率的潜力。然而，在溶液制程中，晶体成核、生长及结晶过程的不受控，往往导致晶体取向紊乱，影响载子传输与组件稳定性，成为组件性能的关键挑战。
科研人员普遍认为，实现钙钛矿薄膜优选的（100）外平面取向是提升光电性能的有效途径。此种取向能使（100）晶面平行于基板排列，从而赋予薄膜优异的载子传输特性并降低缺陷密度。过去的研究多集中于单一添加剂与单一作用机制。
由华中科技大学的陈炜教授与刘宗豪教授，联合北京工业大学的卢岳教授及深圳技术大学的 Jingbai Li 教授等学者合作的团队，将其研究成果发表于学术期刊《自然-能源》（Nature Energy）。
研究团队针对倒置钙钛矿太阳能电池中 FA(1-x)Cs(x)PbI3 薄膜结晶取向紊乱的问题，采用双分子设计策略。该策略涉及在钙钛矿前驱体中引入 6-羟基-2-萘磺酸钾（PHNS）与 6-溴萘-2-胺盐酸盐（BNAC），并利用这两种添加剂中萘结构单元间紧密的芳香族堆栈，精确调控钙钛矿的成核与生长过程。此方法达成了强制晶体沿（100）外平面取向有序结晶，同时提升缺陷钝化的双重优化效果，从而实现了高效率与高稳定性的倒置PSCs。（图 2）
二、准费米能级分裂（QFLS）表征与载子动力学解析
为了量化 PHNS+BNAC 双分子系统对非辐射复合损失的抑制程度，研究团队采用光致发光量子产率（PLQY）测量进行了准费米能级分裂（QFLS）的直接表征。QFLS是评估光电材料非辐射复合程度的关键参数，其数值与组件的开路电压（VOC）增益直接相关。
QFLS测量方法与数据
研究人员透过稳态PL测量与PLQY测量，对比了未添加（Control）、单独添加 PHNS 以及双分子 PHNS+BNAC 处理的钙钛矿薄膜的光电特性。
· QFLS增益：根据 PLQY 数据与 QFLS 的关联性，研究人员计算了 QFLS 的提升值（ΔQFLS）。PHNS 单独添加相较于对照组的 QFLS 增益为 31.6 meV；而 PHNS+BNAC 双分子系统相较于对照组的 QFLS 增益达到 62.3 meV。此 QFLS 增强直接归因于非辐射复合的有效抑制。（图 S39）
· 缺陷抑制的量化：PLQY的结果显示，与对照组薄膜的 0.69% 相比，PHNS单独处理组的 PLQY 提升至 2.36%。PHNS+BNAC 双分子处理组的 PLQY 高达 7.78%。（图3f）
· 载子动力学分析：时间分辨光致发光（TRPL）测量进一步印证了载子动力学的改善。PHNS+BNAC 处理的样品展现出最长的 PL 寿命（平均寿命 τave 达到 1268.45 ns，对照组为 440.86 ns），强调了双分子添加剂所带来的缺陷钝化和晶体质量。（图 3c）
· 共焦 PL 和 TRPL 映射：结果显示，PHNS+BNAC 薄膜具有高且最均匀的 PL 发射强度和载子寿命分布，证实了薄膜内部非辐射复合得到了广泛抑制。（图 3d.e）
研究精确量化了 PHNS+BNAC 策略带来的 QFLS 增益和 PLQY 提升，以验证非辐射复合的抑制效果。Enlitech QFLS-Maper 准费米能级分裂检测仪，正是精准表征的理想工具。它能快速3 秒内生成 QFLS 图像，直观呈现材料质量分布；更能在 2 分钟内测量 Pseudo J-V 曲线，助您快速预测材料的VOC潜力和效率极限，高效解析载子动力学问题。
· 缺陷密度验证：驱动电平电容分析（DLCP）直接证明了 PHNS+BNAC 处理的 PSCs 具有低的缺陷密度。（图 S30）
QFLS将结晶取向优化和缺陷钝化这两种机制所带来的优势，直接转化为潜在的 VOC 提升，为高效能太阳能电池的设计提供了坚实的物理基础。高 QFLS 值（7.78% PLQY）是该材料体系非辐射损失极低、趋近理想半导体质量的直接证据。
三、结论与研究成果
此研究展示了一种利用 PHNS 和 BNAC 之间芳香族相互作用实现高质量、高稳定性钙钛矿薄膜的双分子策略。这种分子工程不仅促进了沿（100）晶面的有序结晶，还通过增强与空位及晶界缺陷的锚定作用，强化了缺陷钝化。
核心贡献与成果摘要：
1. 效率突破：经 PHNS+BNAC 处理的倒置 PSCs，实现了 27.02% 的光电转换效率（PCE），并经机构认证达到 26.88%，跻身单结钙钛矿太阳能电池的水平。（图 4a.c、图 S49）
2. 稳定性优异：封装组件在环境空气中、连续光照（1-Sun）下的功率点追踪（MPPT）操作稳定性测试中，经过 2,000 小时后仍保持其初始效率的 98.2%。（图 4e）
3. QFLS的核心作用：准费米能级分裂（QFLS）的增益（相较于对照组提升 62.3 meV），直接量化了 PHNS+BNAC 系统对非辐射复合的强效抑制，为器件 VOC 的提升奠定了基础。
4. 规模化应用潜力：该策略展现出良好的可扩展性，倒置微型模块（孔径面积 11.09 cm2）实现了 23.18% 的稳定态认证效率。此外，全钙钛矿叠层太阳能电池亦获得 29.07% 的认证 PCE。（图 4、图 S60）
文献参考自nature energy_DOI: 10.1038/s41560-025-01882-x
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