最新Science | 高偶极钝化促进整个钙钛矿层的电子积累，有利于器件性能，红海户外1500h实测

Fig.1 基于模拟的钙钛矿/电荷传输层界面非辐射复合与传输损失抑制策略。(A) 开路条件下钙钛矿/C60界面能带示意图，标出化学界面复合速度S0（紫色）与导带偏移ΔEC,ETL（绿色）。(B) 钙钛矿/硅叠层电池内部与外部电压随ΔEC,ETL变化曲线，理想HTL选择性（黑虚线）与实验HTL选择性（灰线）对比；绿色箭头示“功函工程”路径同时降低界面与选择性损失。(C) 参考器件（高ΔEC,ETL、低电子密度）开路能带图。(D) PDAI钝化目标器件（ΔEC,ETL降低至70 meV）能带图，显示ETL界面电子积累及钙钛矿体区电子浓度升高约40倍，提升电子传输。

Fig.2 能量排列与表面化学。(A)(B) UPS测得的参考与目标膜二次电子截止区与价带顶边。(C) 参考与目标膜相对于C60的能级图；目标膜导带偏移由180 meV降至70 meV。(D) PDAI分子结构及静电势图，偶极矩8.27 D。(E)(F) DFT优化的PbI2-与MAI-终端MAPbI3表面吸附PDAI结构及电荷密度差。(G) DFT计算不同终端表面功函：PDAI在有机富集表面诱导正偶极，功函升高至4.76 eV，降低导带偏移。

Fig.3 钝化与导电效应。(A) 高光谱PL成像给出参考与目标膜iVOC分布，目标膜空间均匀性提升且均值高20 mV。(B)(C) 时间分辨PL衰减与微分寿命分析，目标膜C60界面复合降低，微分寿命由1 µs增至10 µs。(D) 瞬态吸收带隙漂白衰减，目标膜浅陷阱信号消失，载流子寿命由27 ns增至53 ns。(E) 参考与目标叠层电池J-V、伪J-V、子电池选择性sun-PL反扫曲线。(F) 提取的FF、伪FF、暗示FF及辐射FF，目标器件伪FF-FF差由6%降至3%，串联电阻由6 Ω cm²降至3 Ω cm²。

Fig.4 器件性能与稳定性。(A) 叠层电池结构示意图。(B) 器件截面SEM图。(C) 参考与目标电池PV参数统计（正/反扫）。(D) 带隙调至1.70 eV的冠军电池J-V曲线，VOC 2.01 V，PCE 33.1%。(E) 全织构叠层电池VOC演化。(F) 红海沿岸户外1500 h MPP稳定性跟踪：目标电池JSC衰减显著抑制，参考电池500 h后JSC趋零；目标电池移动离子浓度低3倍，85 °C/85% RH湿热1000 h后PCE相对损失由26%降至17%。

全织构钙钛矿/硅叠层电池虽可直接利用工业>1 μm金字塔绒面，但钙钛矿/C60电子传输层界面存在~180 meV巨大导带偏移，导致界面电子浓度低、复合高，VOC比平面记录器件低>100 mV，且钙钛矿体区导电不足引发FF损失，使PCE长期止步32%以下。德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）Stefan W. Glunz、沙特KAUST Stefaan De Wolf 与 Oussama Er-raji合作，提出在钙钛矿表面湿法沉积1,3-丙二胺二氢碘酸盐（PDAI），利用其正偶极将钙钛矿导带下调110 meV，把ΔEC降至70 meV，诱导电子在界面及整个体区同步积累，从而同步降低界面复合与体区传输电阻。不仅减少界面复合，还因钙钛矿本征低掺杂特性使电子积累贯穿整个吸收层，形成“深场效应钝化”，将体区电子密度提高40倍、导电性显著提升；揭示PDAI与有机富集表面作用决定偶极方向，与此前PbI2富集表面结果相反，强调表面终止化学对能级排列的决定性作用；实现工业大金字塔绒面上的高效界面钝化，打破“大比表面积难钝化”观念。

1 cm²器件VOC从1.83 V增至2.01 V，FF从79.4%提至81.6%，认证稳态PCE 31.6%，带隙优化后冠军器件达33.1%，为该类电池世界记录；红海户外1500 h目标电池JSC无衰减，参考电池500 h后JSC趋零；BACE测得目标电池移动离子浓度低3倍；85 °C/85% RH 1000 h湿热测试后目标电池PCE相对损失由26%降至17%，稳定性同步提升。

器件制备

硅底电池：250 μm p型FZ硅→双面KOH制>1 μm随机金字塔→PECVD双面本征/掺杂a-Si:H钝化→前表面掩膜溅射20 nm ITO复合层→背面195 nm ITO+1 μm Ag→激光划片成2.2 cm×2.2 cm。钙钛矿顶电池：a) 清洗：乙醇动态旋涂+UV/ozone 900 s；b) 自组装空穴层：1 mg mL-1 Me-4PACz乙醇旋涂（800 rpm 5 s+5000 rpm 20 s）→100 °C 10 min→乙醇冲洗；c) 两步杂化沉积：– 共蒸550 nm PbI2+CsBr（速率1 Å s-1）；– 旋涂150 μL FAI/FABr乙醇溶液（含3–4 mg mL-1尿素）2200 rpm 30 s→100 °C空气退火10 min；d) PDAI钝化：0.75 mg mL-1 PDAI（氯苯/异丙醇1:1）旋涂4000 rpm 25 s→100 °C 3 min（亦可2 s浸渍涂布）；e) 电子传输层：蒸镀18 nm C60→ALD 15–30 nm SnOx（80 °C）；f) 顶电极：掩膜溅射20–55 nm ITO/IZO→蒸镀650 nm Ag栅+140 nm MgFx减反。封装：PV焊带引出的电池片夹在两片3.2 mm太阳能玻璃间，中间两层TPU，边缘含干燥剂PIB密封→真空层压机120 °C 20 min。