鈣鈦礦太陽能電池的 PLQY（光致發(fā)光量子產(chǎn)率）本質(zhì)上反映了光激發(fā)產(chǎn)生的電子 - 空穴對(duì)中，通過輻射復(fù)合（發(fā)光） 與非輻射復(fù)合（無發(fā)光能量損失） 的競爭關(guān)系：PLQY 越高，說明輻射復(fù)合占比越高，非輻射復(fù)合占比越低。因此，所有影響這兩種復(fù)合過程的因素，都會(huì)直接或間接影響 PLQY。

具體可分為以下幾類：

一、材料本征性質(zhì)：決定復(fù)合機(jī)制的核心

  1. 缺陷態(tài)密度與類型

• 缺陷的影響：鈣鈦礦材料中的缺陷（如空位、間隙原子、晶界缺陷等）是非輻射復(fù)合的主要中心。缺陷會(huì)捕獲載流子（電子或空穴），導(dǎo)致其通過非輻射路徑（如缺陷能級(jí)間的躍遷）釋放能量，而非以光子形式發(fā)射。

• 例如：鉛空位（V_Pb）、碘間隙原子（I_i）等缺陷會(huì)形成深能級(jí)陷阱，顯著增強(qiáng)非輻射復(fù)合，導(dǎo)致 PLQY 下降；

• 淺能級(jí)缺陷對(duì)非輻射復(fù)合的影響較弱，但若濃度過高，仍會(huì)降低 PLQY。

• 缺陷來源：材料合成過程中的化學(xué)計(jì)量比失衡（如鉛鹽與有機(jī)胺鹽比例不當(dāng)）、結(jié)晶過程中的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定（如快速結(jié)晶導(dǎo)致晶粒無序）等，都會(huì)增加缺陷密度。

2. 結(jié)晶度與晶粒質(zhì)量

• 高結(jié)晶度的鈣鈦礦薄膜通常具有更大的晶粒尺寸和更少的晶界：

• 晶界處原子排列無序，易形成缺陷（如未配位的離子），是非輻射復(fù)合的 “熱點(diǎn)"；

• 大晶?？蓽p少晶界密度，降低載流子在晶界處的非輻射復(fù)合概率，從而提高 PLQY。

• 反之，低結(jié)晶度薄膜（如含有大量非晶相或小晶粒）因晶界密集，PLQY 通常較低。

3. 化學(xué)組分與stoichiometry（化學(xué)計(jì)量比）

鈣鈦礦的典型化學(xué)式為ABX₃（如MAPbI₃)、(FAPbI₃），A、B、X 位的元素比例直接影響缺陷形成：

• 例如：PbI₂過量會(huì)導(dǎo)致薄膜中殘留PbI₂相，其與鈣鈦礦的界面易形成缺陷，促進(jìn)非輻射復(fù)合；

• A 位陽離子（如 MA?、FA?）比例失衡可能導(dǎo)致晶格畸變，增加缺陷密度，降低 PLQY。

  
  

  二、薄膜與界面質(zhì)量：載流子復(fù)合的關(guān)鍵區(qū)域

1. 表面缺陷與表面態(tài)

鈣鈦礦薄膜的表面是缺陷*集中的區(qū)域之一（如表面未配位的 Pb2?離子、懸掛鍵等），這些表面缺陷會(huì)形成表面態(tài)，成為載流子非輻射復(fù)合的強(qiáng)中心：

• 表面缺陷越多，載流子在表面的非輻射復(fù)合概率越高，PLQY 越低；

• 例如：未鈍化的鈣鈦礦表面 PLQY 通常顯著低于體相，而通過表面鈍化（如用有機(jī)胺分子、無機(jī)鹽修飾）可減少表面缺陷，提升 PLQY。

2. 界面能級(jí)匹配與載流子積累

鈣鈦礦與電荷傳輸層（HTL/ETL，如Spiro-OMeTAD、TiO?）的界面若存在能級(jí)失配，會(huì)導(dǎo)致載流子在界面處積累：

• 例如：若 HTL 的*高占據(jù)分子軌道（HOMO）高于鈣鈦礦的價(jià)帶頂，空穴難以從鈣鈦礦向 HTL 傳輸，導(dǎo)致空穴在界面積累，與電子發(fā)生非輻射復(fù)合；

• 載流子積累會(huì)顯著增強(qiáng)非輻射復(fù)合，降低 PLQY（即使鈣鈦礦本體質(zhì)量良好）。

三、激發(fā)條件與環(huán)境因素：外部調(diào)控的影響

1. 激發(fā)強(qiáng)度與載流子濃度

• 低激發(fā)強(qiáng)度下：載流子濃度低，非輻射復(fù)合主要由缺陷主導(dǎo)（缺陷捕獲載流子），PLQY 隨激發(fā)強(qiáng)度升高而增加（缺陷被飽和）；

• 高激發(fā)強(qiáng)度下：載流子濃度過高，可能觸發(fā)俄歇復(fù)合（一種載流子 - 載流子間的非輻射復(fù)合，能量轉(zhuǎn)移給第三個(gè)載流子），導(dǎo)致 PLQY 隨激發(fā)強(qiáng)度升高而下降。

2. 溫度

溫度通過影響復(fù)合速率和缺陷活性調(diào)控 PLQY：

• 低溫（如 77 K）：非輻射復(fù)合的激活能較高，缺陷捕獲載流子的概率降低，輻射復(fù)合占比上升，PLQY 顯著提高；

• 高溫（如 300 K 以上）：熱激發(fā)使缺陷更易捕獲載流子，非輻射復(fù)合增強(qiáng)，同時(shí)俄歇復(fù)合速率隨溫度升高而加快，導(dǎo)致 PLQY 下降。

3. 環(huán)境穩(wěn)定性（水、氧、光照）

鈣鈦礦材料對(duì)水、氧和光照敏感，長期暴露會(huì)導(dǎo)致降解，引入新的缺陷：

• 水和氧會(huì)與鈣鈦礦反應(yīng)生成 PbI?、PbO 等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相不僅本身無發(fā)光特性，還會(huì)在界面形成缺陷，促進(jìn)非輻射復(fù)合；

• 長時(shí)間光照可能引發(fā)光致降解（如 A 位陽離子揮發(fā)、晶格畸變），增加缺陷密度，導(dǎo)致 PLQY 持續(xù)下降。

四、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化：間接調(diào)控 PLQY 的手段

1. 鈍化層設(shè)計(jì)

• 表面鈍化：通過引入有機(jī)分子（如 PEA?、DMSO）或無機(jī)鹽（如 CsI、RbCl），填補(bǔ)表面缺陷（如配位未飽和的 Pb2?），減少表面非輻射復(fù)合；

• 體相鈍化：在鈣鈦礦前驅(qū)體中摻雜少量鈍化劑（如胍鹽、硫脲），抑制體相缺陷形成，提升整體 PLQY。

2. 電荷傳輸層質(zhì)量

• 電荷傳輸層的導(dǎo)電性和缺陷密度會(huì)影響載流子的提取效率：若傳輸層電阻過高或存在缺陷，載流子在鈣鈦礦層內(nèi)的停留時(shí)間延長，非輻射復(fù)合概率增加，PLQY 降低；

• 例如：高質(zhì)量的 TiO? ETL（結(jié)晶好、缺陷少）可快速提取電子，減少鈣鈦礦層內(nèi)電子 - 空穴復(fù)合，提高 PLQY。

總結(jié)

PLQY 的核心影響因素可歸納為：缺陷態(tài)（濃度與類型）、結(jié)晶與界面質(zhì)量、載流子復(fù)合動(dòng)力學(xué)（受激發(fā)條件和溫度調(diào)控）以及環(huán)境穩(wěn)定性。其中，缺陷控制（通過材料合成優(yōu)化、鈍化處理）是提升 PLQY 的關(guān)鍵 —— 因?yàn)榉禽椛鋸?fù)合主要由缺陷主導(dǎo)。

在鈣鈦礦太陽能電池研究中，高 PLQY光致發(fā)光量子產(chǎn)率 通常對(duì)應(yīng)低非輻射復(fù)合損失，是器件高效光伏性能（如高 EQE、高開路電壓）的重要標(biāo)志?。?！

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