宽带隙（WBG）钙钛矿在实现高效钙钛矿 / 硅叠层太阳能电池方面具有巨大潜力。然而，钙钛矿与电子选择性接触界面处的界面能量损失，仍是其逼近理论效率极限的一大阻碍。其中界面能量损失是核心瓶颈 -钙钛矿与电子选择性接触界面易出现薄膜缺陷、偶极失配，引发非辐射复合，同时导致能带排列不合理、载流子提取效率低，限制器件逼近理论效率。现有界面修饰方案功能单一，仅能解决某一类问题，无法系统性改善界面多维度缺陷。因此开发兼具多重功能的界面调控材料，是突破宽带隙钙钛矿/硅叠层电池效率瓶颈的关键，本文首次设计了一种兼具路易斯酸 / 碱基团与强分子极性的多功能笼状二铵氯化物分子：该分子可减少薄膜缺陷、调控界面偶极，进而抑制非辐射复合并优化表面能带排列。

研究团队开发了一种新型多功能笼状二铵氯化物（DCl）分子，用于修饰钙钛矿 / C60 界面，实现多维度优化：

（1）基础界面调控：借助分子的路易斯酸 / 碱基团与偶极矩，抑制表面缺陷、优化能级排列，减少界面复合并提升电子选择性。

（2）关键作用机制：该笼状二铵阳离子能够诱导形成具有垂直取向特征的铁电纯相准二维钙钛矿结构，通过调控表面功函数降低，有效强化了载流子的分离效率与提取动力学过程。

（3）钙钛矿电池性能：1.68 eV 带隙器件中，0.1 cm² 小面积 PCE 达 22.6%，1.21 cm² 大面积 PCE 保持 21.0%。

（4）叠层电池应用成果：将该钙钛矿集成到钙钛矿 / TOPCon 叠层电池中，1.0 cm² 面积 PCE 达 31.1%，环境条件下长期稳定性优异（T85 > 1020 小时）。

该研究采用了多种测试表征技术，包括：FTIR、SEM、XRD、SSPL、PL、CLSF、UPS、AFM、KPFM、PFM、PLQY、TRPL、TPV、TPC、EQE、JV、QFLS等。 

图1钙钛矿薄膜的形貌和结晶度。a（左）对照膜和（右）dcl处理的钙钛矿膜的俯视图图像。b（左）对照和（右）dcl处理钙钛矿膜的AFM图像。c，d 对照和dcl处理的钙钛矿膜的二维GIWAXS图，掠入射角为0.2°。e在0.2°入射角下，对照和DCl处理的钙钛矿膜沿平面方向（qx）的1D-GIWAXS剖面图。f 对照dcl处理的钙钛矿薄膜的原子力显微镜成像。g ToF-SIMS三维图像的笼状铵离子（C6H13N2+）和氯离子（Cl−）。

图2钙钛矿薄膜的缺陷钝化。MeO-2PACz/的QFLS图。a 钙钛矿薄膜、MeO-2PACz/钙钛矿/C60半堆和MeO-2PACz/钙钛矿/C60半堆DCl/C60半堆叠。(b)对照和(c) dcl处理的钙钛矿膜的PL图。d 对照和dcl处理的钙钛矿膜的TRPL光谱。载体一生(e)对照和(f) dcl处理的钙钛矿薄膜的CLSM图像。g 钙钛矿表面各类缺陷的缺陷形成能Inset表示俯视图)。缺陷(h)的态偏密度（PDOS）钙钛矿（IPb对位）和(i) DCl钝化钙钛矿。

图3钙钛矿薄膜的表面功函数和铁电效应。a 对照dcl处理的钙钛矿膜的二次电子截止（SECO）和价带最大值（VBM）。b （左）对照钙钛矿膜和（右）dcl处理钙钛矿膜的kpfmimage。c， d dft计算了不吸附笼状阳离子和吸附笼状阳离子时钙钛矿的静电势和表面功函数。e 笼状阳离子吸附钙钛矿的电荷密度差。黄色等面表示电子积累，蓝色等面表示电子消耗。(f)对照和(g) dcl处理的钙钛矿膜±10V偏置的PFM写入畴图像。h对照和dcl处理的钙钛矿膜相分布直方图。

图4｜器件性能与铁电极化机制。a 掺杂和dcl处理的钙钛矿电池在极化前的J-V曲线。b 冠军器件经 DCl 处理的钙钛矿太阳能电池的 J-V 曲线，其开口面积为 1.21 平方厘米。c 冠军对照组和经 DCl 处理的钙钛矿太阳能电池在施加 0.5V 正向偏置 5 分钟后的 J-V 曲线。d DCl介导的准二维钙钛矿中由极化原理诱导的示意图。e 极化前冠军对照组和DC1处理组钙钛矿/硅叠层太阳能电池的J-V曲线。f 极化后冠军DC1处理组钙钛矿叠层电池的J-V曲线及相应光伏参数。g 活性面积为4cm²的大面积钙钛矿/硅叠层太阳能电池的J-V曲线。钙钛矿/电子选择性接触界面处的界面能量损失仍然是阻碍钙钛矿/硅叠层太阳能电池接近其理论效率极限的一个难题。本研究采用一种笼状二铵氯化物分子来调控界面偶极。

1.光瞬态光电流光电压光电荷测量仪TranPVC 900

TranPVC 900基于东谱科技的MagicBox主机研制而成，是专为光伏、光催化、光探测等研究领域开发的高性能TPV/TPC/TPQ测量平台，集成了数种前沿的瞬态测量模式，为光电器件的机理研究提供了强有力的、便捷的测试工具。TranPVC 900测试功能包括：

（1）瞬态光电TPV

（2）瞬态光电流TPC

（3）瞬态光电荷TPQ

（4）电荷抽取CE

（5）开路电压上升与衰减Voc Riseand Decay

（6）探测器响应时间TRTF

（7）On-off TPV、On-off TPC等数种前沿的测量模式。

图 瞬态光电流TPC/光电压TPV测量仪TranPVC 900

2.准费米能级分裂测试仪 HiYield-QFLS

HiYield-QFLS 是东谱科技开发的国内首款商业化准费米能级分裂测试仪。设备融合了一体化设计的理念，将众多高精度的功能模块集成于一个紧凑的机身之中，不仅节省了宝贵的实验空间，还通过减少设备间的冗余连接，显著提高了整体的稳定性和工作效率。测试功能包括：

（1）电致发光量子效率测量（EL）

（2）光致发光（材料）QFLS 测试（QFLSPL）

（3）电致发光（器件）QFLS 测试（QFLSEL）

（4）QFLSEL成像测试（QFLSEL-mapping）

（5）Pseudo-JV

（6）等效光伏特性测试（Equi-PV）

图 2.准费米能级分裂测试仪 HiYield-QFLS

▍引用文章

Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63720-8