一、研究背景与挑战：宽带隙钙钛矿的p型瓶颈
宽带隙（WBG）钙钛矿（1.6~1.7 eV）是实现高效钙钛矿/硅叠层太阳能电池的关键顶部电池吸光层材料。然而，在 p-i-n（反式）结构中，WBG 钙钛矿固有的强 p 型（或弱 n 型）特性严重阻碍了电子的提取与输运，导致显著的开路电压（VOC）损失，成为制约叠层电池效率进一步提升的核心瓶颈。
针对这一挑战，传统的表面钝化策略往往只能实现单一的缺陷钝化效果，难以从根本上改善界面能带排列、增强薄膜结晶质量并同时提升器件稳定性。因此，开发一种多功能协同的分子钝化策略，同时解决界面能级匹配、薄膜质量与缺陷钝化三大问题，具有重要的科学意义和应用价值。
二、DPA分子设计：邻苯二甲酰亚胺核的三重协同效应
本研究开发了3-邻苯二甲酰亚胺基丙酸（DPA）分子钝化材料，其核心在于利用邻苯二甲酰亚胺核的缺电子特性。DPA 分子可实现三重协同效应：（1）界面偶极层效应：DPA 在钙钛矿表面形成界面偶极层，精确调控表面能级，增强表面 n 型特性，提升准费米能级分裂（QFLS）；（2）梯度分布效应：在反溶剂工艺中，DPA 形成梯度分布，有效调控结晶动力学，改善薄膜形貌并减少缺陷；（3）羧基螯合效应：羧基（−COO⁻）对未配位 Pb²⁺ 进行螯合，有效钝化表面和体相缺陷，显著增强器件稳定性。
图1：DPA分子设计及其界面效应。(a) DPA反溶剂添加工艺示意图；(b) 分子静电势（ESP）分布；(c) 对照组与目标钙钛矿薄膜及 ETL 的能级排列示意图；(d,e) 对照组与目标钙钛矿薄膜的 KPFM 图像；(f) 目标钙钛矿薄膜在 ITO/NiOx/SAM 基底上的 ToF-SIMS 深度剖析；(g,h) 优化后 C60@PVSK 与 C60@PVSK/DPA 的结合能计算
三、薄膜表征：结晶质量与缺陷钝化
研究团队通过多种先进表征手段，系统揭示了 DPA 对钙钛矿薄膜的修饰效果。稳态光致发光（PL）光谱显示 DPA 处理后薄膜 PL 强度显著增强，说明非辐射复合被有效抑制。纯空穴器件暗态 I-V 曲线（SCLC）表明 DPA 有效降低了薄膜的缺陷态密度。形成能计算进一步揭示，DPA 有效降低了 Pb 空位（VPb）的形成能，从而减少深层缺陷。
图2：缺陷钝化机理表征。(a) 对照组与目标钙钛矿薄膜的稳态 PL 光谱；(b) 纯空穴器件暗态 I-V 曲线；(c) VPb、VI、VFA 的形成能计算；(d) 原始 DPA 与 DPA/PbI₂ 混合物的溶液 ¹H NMR（DMSO-d6）；(e) 对照组与目标钙钛矿薄膜的 Pb 4f XPS 谱；(f) 裸 DPA 薄膜与目标钙钛矿薄膜的 O 1s XPS 谱；(g) 对照组与目标钙钛矿薄膜的 XANES 谱；(h) Pb L₃-edge EXAFS 的 k² 加权傅里叶变换
四、形貌与结晶性：SEM/AFM/GIWAXS 综合分析
扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）表征显示，DPA 处理显著改善了钙钛矿薄膜的形貌：晶粒尺寸明显增大、表面粗糙度降低、致密性提升，无明显针孔或空洞。XRD表明 DPA 处理后薄膜结晶性增强，衍射峰强度更高。2D GIWAXS 进一步揭示，DPA 处理的薄膜在面外方向上具有更强的结晶取向，有利于载流子的高效输运。应变分析表明 DPA 还能有效释放薄膜的残余应力，减少晶格畸变，从而提升薄膜的长期稳定性。
图3：形貌与结晶性综合表征。(a,b) 对照组与目标钙钛矿薄膜的俯视 SEM 图像；(c) 对照组薄膜的 AFM 图像；(d,e) 对照组与目标钙钛矿薄膜的截面 SEM 图像；(f) 目标薄膜的 AFM 图像；(g) 钙钛矿薄膜的 XRD 图谱；(h,i) 对照组与目标薄膜的 2D GIWAXS 图谱；(j,k) 对照组与目标薄膜的 GIXRD 图谱；(l) 目标薄膜应变释放示意图及 (100) 晶面间距随入射角的变化
五、器件性能：冠军效率与统计分布
基于 p-i-n 结构的倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）结构为 ITO/NiOx/SAM/perovskite/C60/BCP/Ag。冠军目标器件在 0.045 cm² 掩模面积下，反向扫描测得 22.91% 的光电转换效率，显著优于对照器件。稳态功率输出（MPP）600 秒追踪确认了效率的真实性，无明显衰减。外量子效率（EQE）积分电流密度与 J-V 曲线测试结果一致。20 器件统计分析（PCE 和 VOC）显示 DPA 处理组整体性能分布明显优于对照组，重复性良好。QFLS（Δμ）成像进一步从微观尺度证明 DPA 显著提升了钙钛矿薄膜的准费米能级分裂。
图4：倒置 PSCs 器件结构与性能。(a) 倒置 PSCs 器件结构示意图；(b) 对照组与目标器件在 0.045 cm² 掩模面积下的反向扫描 J-V 曲线；(c) 冠军目标器件的稳态功率输出（PCE 与电流密度，MPP 追踪 600 s）；(d) 对照组与目标 PSCs 的 EQE 光谱及积分 JSC；(e,f) 对照组与目标器件的 PCE 和 VOC 统计分布（各 20 器件）；(g,h) 对照组与目标钙钛矿薄膜的 QFLS (Δμ) 图像；(i) 钙钛矿薄膜的 Δμ 直方图
六、稳定性与两端叠层电池性能
在 1-sun 持续光照、65°C 条件下，对未封装器件进行最大功率点（MPP）追踪测试。对照组器件在 180 分钟内效率即出现明显衰减，而 DPA 处理组器件展现出优异的光热稳定性。基于 DPA 冠军器件制备的两端钙钛矿/硅叠层太阳能电池（2-T TSCs），经 DPA 修饰后在 1.0 cm² 面积下实现 31.66% 的冠军效率。EQE 光谱显示叠层器件光生电流匹配良好，稳态功率输出稳定。
图5：光热稳定性与两端叠层电池性能。(a,b) 对照组与 DPA 处理组钙钛矿薄膜在持续光照 180 分钟内的 PL 光谱时间演变；(c) 未封装 PSCs 在 65°C、1-sun 持续光照（白光 LED，100 mW/cm²）下的效率演变；(d) 基于冠军目标器件的两端钙钛矿/硅 TSC 的 J-V 曲线；(e) DPA 修饰叠层器件的 EQE 光谱；(f) 冠军目标 TSC 的稳态功率输出