26.88%，調整磷酸-三苯胺端基獲得最小非輻射復合

Tuning Terminal Groups of Hole-Selective Materials to Suppress Nonradiative Recombination in Inverted Perovskite Solar Cells

圖 1：(a) 空穴選擇材料（HSMs）的化學結構；(b) HSMs 的靜電表面電勢；(c) HSMs 在氰基乙烯基膦酸（CPA）側的最大靜電勢（φmax）和偶極矩；(d) HSMs 的循環伏安曲線；(e) HSMs 的光學帶隙（Eg）和最高占據分子軌道（HOMO）能級。

圖 2：(a) 光致發光實驗的示意圖；(b) 不同 HSM / 鈣鈦礦 / C60 堆疊結構的隱含開路電壓或準費米能級分裂（QFLS）值；(c)(e) 1.53 eV 和 1.72 eV 鈣鈦礦樣品的光致發光衰減曲線；(d)(f) 不同 HSMs 對應的 1.53 eV 和 1.72 eV 鈣鈦礦樣品的光致發光量子產率（PLQY）和肖克利 - 里德 - 霍爾（SRH）壽命趨勢；(g)(h) 1.53 eV 和 1.72 eV 鈣鈦礦樣品的非輻射復合損失。

圖 3：(a) 不同 HSMs 的表面電勢開爾文探針力顯微鏡（KPFM）圖像；(b) 不同 HSMs 的表面接觸電勢差（CPD）；(c)(d) 不同 HSMs 和鈣鈦礦薄膜的二次電子截止區和價帶區紫外光電子能譜（UPS）；(e) 基于 UPS 測量值的鈣鈦礦和 HSMs 價帶邊位置示意圖，EVac 代表真空能級。

圖 4：(a)(b) 1.53 eV 和 1.72 eV 鈣鈦礦的能級偏移與 QFLS 值統計圖；(c)-(e) 三種代表性場景的能級示意圖：正偏移、正偏移減小（接近對齊）和負偏移；(f) 模擬所用的器件結構；(g) 偏壓約 1.0 V 時，不同能級偏移下 HSM / 鈣鈦礦界面的界面電荷密度（包括電子和空穴密度）及器件內界面復合電流密度；(h) 正偏移情況下的模擬 QFLS。

圖 5：(a)(c) 基于不同 HSMs 的 1.53 eV 和 1.72 eV 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的電流密度 - 電壓（J-V）特性光伏參數統計；(b) 基于 MePA-CPA 的最優 1.53 eV PSCs 的 J-V 曲線；(d) 基于 Me/HPA-CPA 的最優 1.72 eV PSCs 的 J-V 曲線；(e) 基于 MePA-CPA 的 1.53 eV PSC 的連續最大功率點（MPP）跟蹤；(f) 基于 Me/HPA-CPA 的 1.72 eV PSC 的連續 MPP 跟蹤。

能級對齊對開路電壓的影響比深缺陷密度更為關鍵，且實現界面能級的精確控制與偏移量的精準測量評估存在挑戰。團隊設計合成了六種基于氰基乙烯基膦酸（CPA）錨定基團的空穴選擇材料（HSMs），僅改變三苯胺上的端基調控其電子給體能力，進而系統調節 HSMs 的價帶最大值（VBM），以此探究空穴選擇層與鈣鈦礦之間的 VBM 偏移對非輻射復合損失的影響。

結果顯示，器件在MePA-CPA 界面下達到 26.88% 的光電轉換效率（PCE），開路電壓（VOC）為 1.204 V，填充因子（FF）為 86.30%，基于 1.72 eV 鈣鈦礦的器件在 Me/HPA-CPA 界面下 PCE 為 21.87%，VOC 為 1.316 V；穩定性測試中，1.53 eV 鈣鈦礦器件在氮氣氛圍下連續 MPP 跟蹤 1000 小時后仍保留 90% 的初始效率，1.72 eV 鈣鈦礦器件連續光照 800 小時后維持約 80% 的初始效率；

此外，正能級偏移減小能顯著抑制非輻射復合，而負能級偏移會引發大量非輻射復合損失，驗證了能級對齊對器件性能的關鍵作用。