【摘要】 介绍 PL mapping 和 TRPL 在 CsPbI3 钙钛矿太阳能电池缺陷钝化研究中的应用，解析 CsI-rich 与 PbI2-rich 表面处理对复合行为的影响。

 

行业背景：缺陷钝化为什么是CsPbI3界面研究的关键问题？​

在 CsPbI3 钙钛矿太阳能电池中，表面缺陷可能引发非辐射复合，影响载流子寿命和器件输出。因此，表面处理是否能够钝化缺陷，是判断界面改性效果的重要维度。

PL mapping 和 TRPL 常用于分析发光均匀性、载流子寿命和复合行为。对于 CsPbI3 表面层调控研究而言，它们可以帮助判断 CsI-rich 或 PbI2-rich 表面是否抑制缺陷相关复合。科学指南针可提供 fs-TAS 飞秒瞬态吸收测试服务，并可结合 PL/TRPL 等结果，进一步分析表面处理后的载流子动力学变化。

 

研究问题：CsI-rich和PbI2-rich表面是否都能钝化缺陷？​

在相关研究中，研究人员通过蒸镀约 1 nm CsI 或 PbI2，分别构筑 CsI-rich 和 PbI2-rich 表面。PL mapping 和 TRPL 结果表明，两类表面处理均能在一定程度上抑制缺陷相关复合，说明 CsI-rich 和 PbI2-rich 表面都具有缺陷钝化作用。

这一结论非常关键。它说明不同表面处理对应的器件性能差异，并不能简单解释为“某一种处理能钝化缺陷，另一种处理不能钝化缺陷”。如果两类表面都能降低缺陷相关复合，那么还需要进一步分析表面偶极、功函数和界面电荷抽取过程。

 

PL mapping：观察薄膜发光均匀性变化

PL mapping 可用于获得样品不同区域的发光信号分布，从而观察薄膜发光是否均匀，以及表面处理后缺陷相关复合是否受到抑制。在 CsPbI3 表面处理研究中，PL mapping 可以为判断表面钝化效果提供直观依据。

如果表面处理后 PL 表现发生改善，通常说明非辐射复合受到一定抑制。但 PL mapping 主要反映发光相关信息，不能单独说明功函数、表面偶极或界面电荷抽取是否发生变化。因此，它更适合作为缺陷钝化分析的一部分，而不是完整机制判断的全部依据。

 

TRPL：分析载流子寿命与复合行为

TRPL 通过记录光致发光随时间衰减的过程，分析载流子寿命和复合行为。在 CsPbI3 表面层调控研究中，TRPL 用于证明 CsI-rich 和 PbI2-rich 表面均能影响缺陷相关复合。

如果表面处理后载流子寿命发生变化，通常说明复合过程受到影响。但该研究进一步表明，即使两类表面都能钝化缺陷，器件输出和稳定性仍存在差异。这说明 TRPL 能够回答“缺陷是否被钝化”，但不能完全回答“为什么器件性能不同”。

图3：PL/TRPL 说明两种处理都能钝化界面；但 fs-TAS 进一步分辨出，只有 PbI2-rich 表面真正促进了界面电荷抽取。

 

进一步分析：为什么还需要UPS和fs-TAS？​

UPS 测试显示，调节最表层约 1 nm 的 Cs:Pb 比可引起超过 2 eV 的功函数变化，并且功函数变化趋势与器件 Voc 趋势一致。这说明表面偶极和能级变化对器件输出具有重要影响。

fs-TAS 测试则可以追踪皮秒至纳秒尺度的载流子动力学过程，帮助判断表面处理是否改变界面电荷转移和载流子抽取行为。科学指南针提供的 fs-TAS 测试服务，可与 PL/TRPL、UPS、XPS 等结果配合，用于区分缺陷钝化和界面电荷转移对器件性能的不同贡献。

 

应用价值：PL/TRPL适合回答哪些检测问题？​

PL/TRPL 适合用于评估 CsPbI3 表面处理、界面修饰和薄膜质量优化中的缺陷复合变化。对于 CsI-rich 和 PbI2-rich 表面处理样品，PL/TRPL 可以判断两类表面是否均具备缺陷钝化作用。

但如果研究目标是解释器件效率差异、Voc 变化或长期稳定性差异，则需要进一步结合 UPS、XPS、fs-TAS 和 XRD/GIXRD。这样才能从表面化学组成、功函数变化、缺陷钝化、载流子动力学和相稳定性多个角度完成机制判断。

 

结语

CsPbI3 表面层调控研究说明，CsI-rich 和 PbI2-rich 表面均能在一定程度上钝化缺陷，但器件性能差异并不只由缺陷钝化决定。PL mapping 和 TRPL 可用于判断发光均匀性、载流子寿命和复合行为；UPS 可用于分析表面偶极和功函数变化；fs-TAS 可进一步追踪界面电荷转移过程。对于 CsPbI3 界面工程研究，多方法联用比单一光谱结果更能支撑完整机制分析。

 

论文原文信息Ran Ji, Nathaniel Gallop, Shivam Singh, Richard Beier, Yitian Du, Zongbao Zhang, Fulya Koc, Marielle Deconinck, Vladimir Shilovskikh, Jose Roberto Bautista-Quijano, Boris Rivkin and Yana Vaynzof.The critical role of surface dipoles in CsPbI3 perovskite solar cells.Energy & Environmental Science, 2026. DOI: 10.1039/D5EE07787G.