可靠PLQY数据，加速钙钛矿界面材料研发

钙钛矿材料是直接带隙半导体材料，具有吸光系数高、载流子传输能力强、带隙可调、可低温溶液制备等优势。它的吸光层厚度极薄（百纳米级），却能吸收大部分可见光。相比之下，晶硅电池需要厚度较厚（百微米级）的硅片才能充分吸光——钙钛矿吸光层比硅片薄得多，这得益于其直接带隙和高吸光系数。

钙钛矿电池可以做成柔性、半透明，还能与硅太阳能电池串联叠加，通过引入负责吸收不同波长的“层"，拓展光谱覆盖范围，提高电池效率。

典型钙钛矿电池结构是“三明治"式：钙钛矿吸光层夹在电子传输层和空穴传输层之间。当阳光照射时，光子激发钙钛矿内部的电子，使其从价带跃迁到导带，产生自由电子和空穴。电子和空穴分别被两侧传输层提取——电子流向电子传输层，空穴流向空穴传输层——外接电路后形成电流，从而将太阳能转化为电能。

经过全球科研工作者十余年的持续攻关，如今实验室小面积单结钙钛矿器件的认证效率已接近晶硅单结电池的领先水平；在钙钛矿/硅叠层路线中，效率则已超过单结晶硅电池的水平。

然而，钙钛矿太阳能电池在从实验室小面积向平米级商业化组件放大时，会出现明显的效率衰减。其核心瓶颈在于大面积制备工艺的局限性，导致钙钛矿薄膜表面和晶界产生大量缺陷，比如晶体中的杂质、未配位的离子、悬挂键、空位等。

这些缺陷会在禁带中引入缺陷能级（陷阱），成为非辐射复合中心。电子和空穴通过这些“陷阱"复合（非辐射复合），能量以热量（声子）而非光子的形式释放，这会直接导致两个后果：

光致发光量子产率（PLQY）是辐射复合发出的光子数占吸收光子数的比例。非辐射复合增加，辐射复合的比例自然下降，PLQY随之降低。

PLQY与太阳能电池的准费米能级分裂（QFLS）存在直接关系：QFLS = QFLS_rad + kT · ln(PLQY)。因此，PLQY降低对应更大的非辐射电压损失，并会限制器件可实现的开路电压。开路电压是光电转化效率的关键参数之一；同时非辐射复合消耗了本可被收集的载流子，减少了电流。两者叠加，光电转化效率明显下降。

因此，钙钛矿薄膜缺陷导致的界面非辐射复合，成为钙钛矿电池从实验室研发走向产业化应用的关键难题。

为了解决缺陷问题，研究者引入了表面钝化材料。它们通常是一层有机分子，通过溶液旋涂或气相沉积，化学吸附在钙钛矿表面。

常见的钝化分子包括 包括PEAI（苯乙胺碘化物）、PEABr（苯乙胺溴化物）和自组装单分子层（SAMs）等。它们一端带有氨基、羧基、磷酸基等锚定基团，能与表面未配位的Pb²⁺形成配位键，或与I⁻形成氢键，填补卤素空位，修复缺陷能级。

钝化后，非辐射复合被抑制，PLQY 提高。但界面钝化材料在水、高温、氧气，紫外光等复杂工况下容易脱附失效，缺陷重新暴露，导致非辐射复合增加，电池效率衰减。

因此，如何开发合适的表面钝化材料，使其在复杂工况下牢固稳定地发挥作用，成为柔性钙钛矿太阳能电池走向实际应用需要突破的难题。如何评估材料钝化效果、筛选稳定分子，也成为界面材料研发的核心问题。