钙钛矿太阳能电池的 PLQY（光致发光量子产率）本质上反映了光激发产生的电子 - 空穴对中，通过辐射复合（发光） 与非辐射复合（无发光能量损失） 的竞争关系：PLQY 越高，说明辐射复合占比越高，非辐射复合占比越低。因此，所有影响这两种复合过程的因素，都会直接或间接影响 PLQY。

具体可分为以下几类：

一、材料本征性质：决定复合机制的核心

   1. 缺陷态密度与类型

• 缺陷的影响：钙钛矿材料中的缺陷（如空位、间隙原子、晶界缺陷等）是非辐射复合的主要中心。缺陷会捕获载流子（电子或空穴），导致其通过非辐射路径（如缺陷能级间的跃迁）释放能量，而非以光子形式发射。

• 例如：铅空位（V_Pb）、碘间隙原子（I_i）等缺陷会形成深能级陷阱，显著增强非辐射复合，导致 PLQY 下降；

• 浅能级缺陷对非辐射复合的影响较弱，但若浓度过高，仍会降低 PLQY。

• 缺陷来源：材料合成过程中的化学计量比失衡（如铅盐与有机胺盐比例不当）、结晶过程中的动力学不稳定（如快速结晶导致晶粒无序）等，都会增加缺陷密度。

2. 结晶度与晶粒质量

• 高结晶度的钙钛矿薄膜通常具有更大的晶粒尺寸和更少的晶界：

• 晶界处原子排列无序，易形成缺陷（如未配位的离子），是非辐射复合的 “热点”；

• 大晶粒可减少晶界密度，降低载流子在晶界处的非辐射复合概率，从而提高 PLQY。

• 反之，低结晶度薄膜（如含有大量非晶相或小晶粒）因晶界密集，PLQY 通常较低。

3. 化学组分与stoichiometry（化学计量比）

钙钛矿的典型化学式为ABX₃（如MAPbI₃)、(FAPbI₃），A、B、X 位的元素比例直接影响缺陷形成：

• 例如：PbI₂过量会导致薄膜中残留PbI₂相，其与钙钛矿的界面易形成缺陷，促进非辐射复合；

• A 位阳离子（如 MA⁺、FA⁺）比例失衡可能导致晶格畸变，增加缺陷密度，降低 PLQY。

  
  

  二、薄膜与界面质量：载流子复合的关键区域

1. 表面缺陷与表面态

钙钛矿薄膜的表面是缺陷最集中的区域之一（如表面未配位的 Pb²⁺离子、悬挂键等），这些表面缺陷会形成表面态，成为载流子非辐射复合的强中心：

• 表面缺陷越多，载流子在表面的非辐射复合概率越高，PLQY 越低；

• 例如：未钝化的钙钛矿表面 PLQY 通常显著低于体相，而通过表面钝化（如用有机胺分子、无机盐修饰）可减少表面缺陷，提升 PLQY。

2. 界面能级匹配与载流子积累

钙钛矿与电荷传输层（HTL/ETL，如Spiro-OMeTAD、TiO₂）的界面若存在能级失配，会导致载流子在界面处积累：

• 例如：若 HTL 的最高占据分子轨道（HOMO）高于钙钛矿的价带顶，空穴难以从钙钛矿向 HTL 传输，导致空穴在界面积累，与电子发生非辐射复合；

• 载流子积累会显著增强非辐射复合，降低 PLQY（即使钙钛矿本体质量良好）。

三、激发条件与环境因素：外部调控的影响

1. 激发强度与载流子浓度

• 低激发强度下：载流子浓度低，非辐射复合主要由缺陷主导（缺陷捕获载流子），PLQY 随激发强度升高而增加（缺陷被饱和）；

• 高激发强度下：载流子浓度过高，可能触发俄歇复合（一种载流子 - 载流子间的非辐射复合，能量转移给第三个载流子），导致 PLQY 随激发强度升高而下降。

2. 温度

温度通过影响复合速率和缺陷活性调控 PLQY：

• 低温（如 77 K）：非辐射复合的激活能较高，缺陷捕获载流子的概率降低，辐射复合占比上升，PLQY 显著提高；

• 高温（如 300 K 以上）：热激发使缺陷更易捕获载流子，非辐射复合增强，同时俄歇复合速率随温度升高而加快，导致 PLQY 下降。

3. 环境稳定性（水、氧、光照）

钙钛矿材料对水、氧和光照敏感，长期暴露会导致降解，引入新的缺陷：

• 水和氧会与钙钛矿反应生成 PbI₂、PbO 等杂质相，这些杂质相不仅本身无发光特性，还会在界面形成缺陷，促进非辐射复合；

• 长时间光照可能引发光致降解（如 A 位阳离子挥发、晶格畸变），增加缺陷密度，导致 PLQY 持续下降。

四、器件结构优化：间接调控 PLQY 的手段

1. 钝化层设计

• 表面钝化：通过引入有机分子（如 PEA⁺、DMSO）或无机盐（如 CsI、RbCl），填补表面缺陷（如配位未饱和的 Pb²⁺），减少表面非辐射复合；

• 体相钝化：在钙钛矿前驱体中掺杂少量钝化剂（如胍盐、硫脲），抑制体相缺陷形成，提升整体 PLQY。

2. 电荷传输层质量

• 电荷传输层的导电性和缺陷密度会影响载流子的提取效率：若传输层电阻过高或存在缺陷，载流子在钙钛矿层内的停留时间延长，非辐射复合概率增加，PLQY 降低；

• 例如：高质量的 TiO₂ ETL（结晶好、缺陷少）可快速提取电子，减少钙钛矿层内电子 - 空穴复合，提高 PLQY。

总结

PLQY 的核心影响因素可归纳为：缺陷态（浓度与类型）、结晶与界面质量、载流子复合动力学（受激发条件和温度调控）以及环境稳定性。其中，缺陷控制（通过材料合成优化、钝化处理）是提升 PLQY 的关键 —— 因为非辐射复合主要由缺陷主导。

在钙钛矿太阳能电池研究中，高 PLQY光致发光量子产率 通常对应低非辐射复合损失，是器件高效光伏性能（如高 EQE、高开路电压）的重要标志！！！

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