突破卤化物分布难题，高效率叠层电池
宽能隙钙钛矿在叠层太阳能电池中面临严峻挑战：当溴碘比例超过20%时，PbBr2和PbI2倾向形成不同中间复合体，导致富溴相优先成核，造成卤素离子空间分布极度不均，引发组分偏析和体积缺陷。南京大学谭海仁教授、Kong Wenchi教授团队在《ACS Energy Letters》发表突破性研究，开发中间组分工程（ICE）策略，以PbCl2和过量MABr替换部分PbBr2，诱导形成亚稳态二维中间相A2PbIxBr3?xCl。该技术成功实现宽能隙钙钛矿太阳能电池（1.67 eV）22.5% PCE和1.280 V开路电压，集成为单片叠层电池后在1.21 cm2面积上取得30.65% PCE效率和30.5%认证效率。
Fig. 1 展示了时间飞行二次离子质谱（ToF-SIMS）垂直分层现象，证明了卤素离子分布的极度不均
QFLS深度量化ICE薄膜品质的提升
研究团队综合运用稳态光致发光（PL）、时间分辨光致发光（TRPL）等表征手段，准费米能级分裂（QFLS）作为评估钙钛矿薄膜潜在性能和体积缺陷密度的核心指标，其数值直接反映材料中载流子复合损失程度。经ICE处理的薄膜展现显着光电特性提升：PLQY从对照组的0.72%大幅跃升至9.28%，QFLS值从1.252 eV显着提升至1.318 eV，直接印证ICE薄膜具备更潜在性能和显着更低的体积缺陷密度。
Table S1，其中明确展示了对照组与ICE薄膜在光电性能上的量化差异
QFLS提升与开路电压损失分析高度一致：ICE器件的非辐射复合损失从64.8 mV大幅降低至14.8 mV，清晰表明缺陷相关的非辐射复合损失得到有效最小化。空间电荷限制电流（SCLC）测量进一步佐证：ICE薄膜陷阱态密度仅为2.96×10^15 cm^-3，显着低于对照组的6.25×10^15 cm^-3，证实了缺陷密度的显着降低。
Fig. 3c则直观呈现了开路电压损失分析，凸显了非辐射复合损失的显著降低，与QFLS的提升相互印证
Enlitech QFLS-Maper准费米能级分裂检测仪器专为快速、重复性地量测QFLS关键参数而设计，正如本研究所展示的QFLS值提升直接关联到低缺陷密度与潜在性能。研究人员可借由QFLS-Maper轻松实现类似的QFLS表征，加速钙钛矿材料筛选与优化。
ICE策略：从卤化物均匀化到结晶动力学全面重塑
卤化物均匀性方面：时间飞行二次离子质谱（ToF-SIMS）深度分析显示，对照组薄膜溴含量在垂直方向急剧增加，呈现明显垂直分层，而ICE薄膜展现接近理想的溴离子和碘离子固溶体行为，在整个体积结构中均匀分散，未见界面富集或浓度极化。
Fig. 1b
结晶机制重塑方面：XRD分析在退火前ICE湿膜中观察到6.47°低角度衍射峰，对应A2PbIxBr3?xCl二维亚稳态中间相，有效抑制PbBr2·DMSO中间体产生，此中间相退火后分解，仅作为结晶"模板"的瞬态作用。
Fig. 2a
成核动力学优化：原位光致发光测量显示，对照组薄膜初期能隙达1.73 eV表明富溴组分优先形成，ICE薄膜初期能隙约1.66 eV，有效抑制富溴组分形成并实现更稳定、缓慢的生长过程。
Fig. 2c
微结构显着优化：ICE薄膜呈现较低成核速率和增强晶粒生长速率，平均晶粒尺寸从250 nm增加68%至420 nm，表面粗糙度从23.40 nm降低33.8%至15.50 nm，大幅减少了非辐射复合中心。
Fig. S18c
J-V曲线验证：单结与叠层性能双重突破
J-V曲线测量全面验证ICE策略优异效果。宽能隙钙钛矿太阳能电池器件实现22.64% PCE、1.280 V VOC（超过SQ极限93%）、21.26 mA/cm2 JSC、83.20% FF，相比对照组（21.24% PCE、1.224 V VOC）显着提升。叠层电池表现更加出色：ICE叠层器件逆扫描PCE高达30.65%并获得30.5%独立认证效率，平均PCE达30.01%，显着高于对照组28.71%。稳态功率输出达30.3%，展现优异的稳定性表现。
Fig. 3f: 控制组与ICE单结器件的J-V曲线
Fig. 4d: 控制组与ICE叠层太阳能电池的J-V曲线
Fig. S21: 由SIMIT测量的J-V曲线，图中所示的J-V曲线证实了ICE叠层电池的PCE达到了 30.5%
Enlitech SS-LED220 Class A++可调光谱LED太阳光模拟器为叠层电池研究提供理想测试平台。SS-LED220在光谱匹配和时间稳定性均达到Class A++性能：AM1.5G光谱失配率<6.25%，时间不稳定性<0.5%，空间不均匀性<2%。稳定性与精确度提供高重现性太阳光模拟，有效消除传统光源波动误差，确保叠层电池研究数据的高准确性与重复性。
EQE测量：光电转换能力全面验证
外部量子效率（EQE）测量进一步验证了ICE策略的光电转换提升效果。外部量子效率（EQE）光谱是使用Enlitech的QE-R量子效率系统测量的，该系统将单色光聚焦在器件的活性区域上。ICE器件的EQE光谱与J-V曲线结果高度一致，叠层电池匹配电流密度20.40 mA/cm2与J-V测量结果高度吻合，证实了数据准确性和材料在不同波长下的优异吸收转换效率。
Fig. 3g: 宽能隙控制组与ICE器件的EQE测量
Fig. 4e: ICE叠层太阳能电池的EQE光谱及相应的子电池整合JSC
突破性技术的深远影响
ICE策略成功解决了困扰宽能隙钙钛矿的卤化物分布不均和相不均匀性核心问题。通过重塑结晶动力学，实现了更均匀晶体生长、更大晶粒尺寸和显着降低的缺陷密度，直接转化为非辐射复合损失大幅降低。该技术不仅推动单结钙钛矿效率突破22.5%，更将叠层电池效率提升至30.65%的新高度。封装ICE器件在环境大气中功率点追踪1037小时后仍保持90.5%初始功率，为高效稳定叠层光伏技术的商业化应用奠定重要基础。
文献参考自ACS Energy Letters_DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01452
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