QFLS准费米能级分裂技术指南：评估光伏材料性能上限 太阳能电池性能表征与效率提升的关键参数分析

前言

核心摘要：准费米能级分裂（QFLS）是决定太阳能电池开路电压（V_OC）热力学极限的关键物理量。通过精确分析QFLS，研究人员能直接量化材料内部的能量损耗，这是预测并提升光电转换效率（PCE）不可或缺的核心指标。

准费米能级分裂（Quasi-Fermi Level Splitting，QFLS）是太阳能研究中一个重要的物理参数，广泛应用于半导体材料与光电器件的性能评估。QFLS描述了在非平衡态下，电子与空穴的准费米能级之间的能量差，并与光伏器件的开路电压（Open-Circuit Voltage，V_OC）以及光电转换效率（Power Conversion Efficiency，PCE）密切相关。本文旨在全面探讨QFLS的基本概念和定义、背景与重要性、测量方法、计算公式及其在光伏器件中的应用，并分析其未来发展方向。 

QFLS基本概念与定义

核心摘要：在光照或外加偏压的非平衡态下，电子与空穴的化学势发生分离形成QFLS，其数值直接反映了光生载流子的积累程度。理解电子与空穴准费米能级的具体定义与公式，是掌握半导体器件运作机制与优化路径的基础物理框架。

基本概念

准费米能级分裂QFLS是固态物理学和半导体器件研究中的一个重要概念，用于描述非平衡态下电子和空穴的能级分布。在平衡态下，半导体的费米能级（Fermi Level，E_F）是唯一的，表示电子和空穴的化学势相等。然而，在光照或外加电压的作用下，半导体内部会产生光生载流子（电子和空穴），导致电子和空穴的分布不再遵循平衡态的费米-狄拉克分布，从而形成两个独立的准费米能级，分别为电子的准费米能级（E_F,e）和空穴的准费米能级（E_F,h）。

这种分裂现象的形成主要受到以下因素的影响：

• 光生载流子的产生：当半导体材料受到光照时，光子能量大于材料的带隙（Bandgap）时，会激发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。这些光生载流子的浓度增加，导致电子和空穴的化学势发生改变。
• 载流子的复合：光生载流子在材料内部会经历辐射复合（Radiative Recombination）和非辐射复合（Non-Radiative Recombination）。这些复合过程会影响准费米能级的分布，特别是非辐射复合会降低准费米能级分裂的幅度。
• 外加电压的影响：在光伏器件中，外加电压会改变载流子的分布，进一步影响准费米能级的分裂。例如，在太阳能电池的开路条件下，载流子浓度达到最大，准费米能级分裂也达到最大值。

专有名词对照表 (Glossary)

为确保阅读流畅与概念精准，以下列出本文及相关研究中常用的关键术语对照与定义：

英文缩写 / 术语	简体中文名称	定义简述
QFLS	准费米能级分裂	非平衡态下，电子与空穴准费米能级之间的能量差 (EF,e – EF,h)。
VOC	开路电压	器件在外部电流为零时两端的电压差，为器件的实际输出指标。
iVOC	隐含开路电压	由 QFLS 推导出的理论电压值 (QFLS/q)，代表材料本身的电压潜力。
Pseudo J-V	伪电流-电压曲线	排除串联电阻影响后的理想 J-V 曲线，用于分析填充因子 (FF) 损失。
PLQY	光致发光量子产率	发射光子数与吸收光子数的比值，量化辐射复合效率。

定义

• 电子准费米能级（E_F,e）电子准费米能级（E_F,e）是描述非平衡态下导带中电子分布的能级。当半导体材料受到光照或外加电压时，光生载流子（电子和空穴）会被激发，导致电子的分布偏离平衡态。此时，电子的能量分布不再由单一的费米-狄拉克分布描述，而是由电子准费米能级（E_F,e）来表征。数学上，电子的分布可以表示为：f_e(E) = 1 / (1 + exp((E – E_F,e) / kT))
  其中，E为电子的能量，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，E_F,e为电子准费米能级。E_F,e的大小取决于光生电子的浓度以及材料的导带态密度（N_c）。电子准费米能级的提升通常意味着光生电子浓度的增加，这对于光伏器件的性能至关重要。例如，在高效钙钛矿太阳能电池中，E_F,e的提升可以显著提高开路电压（V_OC）。
• 空穴准费米能级（E_F,h）空穴准费米能级（E_F,h）是描述非平衡态下价带中空穴分布的能级。与电子准费米能级类似，当半导体材料受到光照或外加电压时，价带中的空穴分布也会偏离平衡态，此时由空穴准费米能级（E_F,h）来描述。数学上，空穴的分布可以表示为：f_h(E) = 1 – 1 / (1 + exp((E – E_F,h) / kT))
  其中，E为空穴的能量，E_F,h为空穴准费米能级。E_F,h的大小取决于光生空穴的浓度以及材料的价带态密度（N_v）。空穴准费米能级的降低通常意味着光生空穴浓度的增加。对于光伏器件而言，E_F,h的变化与界面复合和材料缺陷密切相关。例如，在钙钛矿太阳能电池中，通过界面钝化技术可以有效提升E_F,h，从而减少非辐射复合损失。

理论公式

数学上，QFLS可以表示为：

QFLS = E_F,e – E_F,h

其中，E_F,e 和 E_F,h 分别是电子和空穴的准费米能级。

在光伏器件中，QFLS 是开路电压 V_OC 的理论上限，并且与光生载流子的产生效率和复合行为密切相关。根据理论，V_OC 可以表示为：

V_OC = QFLS / q

其中，q 是电子的基本电荷。

QFLS 的大小取决于材料的内部特性（如缺陷密度和非辐射复合速率）以及外部条件（如光照强度和温度）。在理想状态下，QFLS 仅受辐射复合的影响，这被称为辐射极限（Radiative Limit）。然而，在实际器件中，非辐射复合会降低 QFLS，从而导致开路电压损失。

关键参数互换关系对照表

在实际研究中，QFLS、iV_OC、PLQY 与 EL-EQE 代表了不同测量视角下的同一物理本质。下表整理了这些参数的互换关系与应用场景，协助研究人员在光学测量与电学性能之间建立链接：

参数指标	物理意义	互换关系 / 核心公式	主要应用场景
QFLS	准费米能级分裂 (能量差, eV)	核心基准	评估材料本征质量、热力学极限
iVOC	隐含开路电压 (电位差, V)	iVOC = QFLS / q	预测器件电压潜力 (非接触式测量)
PLQY	光致发光量子产率 (光学效率)	QFLS ≈ QFLSrad + kT ln(PLQY)	由纯光学测量反推电学性能 (适用于半电池/薄膜)
EL-EQE	电致发光外量子效率 (注入发光效率)	VOC,loss = – (kT/q) ln(EL-EQE)	分析完成器件(Device)的非辐射复合电压损失

QFLS的发展背景

核心摘要：从早期半导体物理理论到现代薄膜太阳能技术，QFLS已演变为评估器件光电性能的标准工具。随着测量技术与模型的进步，它在分析钙钛矿、有机半导体等新型材料的界面复合与异质结优化上，扮演着越来越重要的角色。

早期理论基础

QFLS 的概念最早源于20世纪中期的半导体物理学研究。随着量子力学和固态物理学的发展，科学家提出了准费米能级的概念，用于描述非平衡态下的载流子分布。

在早期的研究中，QFLS 被用作分析光生载流子行为的理论工具，并逐渐应用于光电器件的性能评估。

光伏器件中的应用

在20世纪末，QFLS 开始被广泛应用于光伏器件的研究中。研究表明，QFLS 与器件的 V_OC 和 PCE 密切相关，并且可以用于量化非辐射复合损失。

特别是在薄膜太阳能电池（如 CIGS 和钙钛矿太阳能电池）中，QFLS 被用来评估材料内部和界面处的复合行为，从而指导材料和器件的优化。

现代技术的进步

随着测量技术的进步，科学家可以更准确地测量 QFLS，并将其与材料的光电性能直接关联。例如，光致发光量子产率（PLQY）和电致发光量子产率（ELQY）技术的发展，使得 QFLS 的测量精度和应用范围显著提升。

此外，现代技术还使得 QFLS 的研究从单层材料扩展到多层结构和异质结构，为新型太阳能材料（如钙钛矿和有机半导体）的开发拓展应用潜能。

QFLS在太阳能研究中的重要性

核心摘要：QFLS决定了光伏器件的理论电压上限，其与辐射极限的差距直接揭示了非辐射复合带来的能量损失。结合Pseudo J-V曲线分析，研究者能排除串联电阻干扰，精确诊断材料本征性能与界面缺陷，锁定效率提升的关键瓶颈。

开路电压（V_OC）的理论上限

QFLS 是光伏器件中开路电压 V_OC 的理论上限，这使其成为评估器件性能的关键参数。V_OC 是光伏器件在无电流流动时的最大电压，其大小直接影响光电转换效率（Power Conversion Efficiency， PCE）。更高的 QFLS 代表着更高的 V_OC，进而提升器件的效率。

在理想状态下，V_OC 仅受辐射复合的限制。然而，实际器件中的非辐射复合（如缺陷态复合和界面复合）会导致 QFLS 与 V_OC 之间的差距，这种差距反映了器件内部的能量损失。

Pseudo J-V 曲线的应用与价值

Pseudo J-V 曲线提供一种理想化的性能评估工具，帮助研究人员排除串联电阻等外部因素的影响，专注于器件的内在物理特性。其重要性体现在以下几个方面：

• 效率潜力评估：Pseudo J-V 曲线能准确量化器件的理想填充因子（Pseudo FF）和潜在效率，并与实际 J-V 曲线进行比较，揭示损失机制。
• 非辐射复合损失分析：研究人员通过对比QFLS与V_OC的差距，能够精确量化材料中的非辐射复合损失。
• 材料与界面改进：这项技术在钙钛矿太阳能电池及其他新兴太阳能领域已有广泛应用，研究团队利用它来优化界面钝化策略并调整材料结构，大幅提升实际器件的性能表现。

非辐射复合损失的表徵

QFLS 是量化非辐射复合损失的重要工具。非辐射复合是光伏器件中能量损失的主要来源之一，会降低光生载流子的寿命和浓度，从而降低V_OC 和 PCE。

通过测量 QFLS 与 V_OC 之间的差距，可以识别非辐射复合的主要来源，例如：

• 缺陷态复合：由材料内部的缺陷或杂质引起。
• 界面复合：发生在活性层与传输层之间的界面处。

光电转换效率（PCE）的提升

QFLS的高低直接反映了太阳能材料中光生载流子能被收集的效能。当QFLS值较高时，系统中的能量损耗便相对减少，能提升太阳能电池的整体转换效率。例如，在钙钛矿太阳能电池中，QFLS的提升可以显著减少非辐射复合损失，从而提高光电转换效率（PCE）。

此外，QFLS还可以用于量化不同材料或结构的非辐射复合损失，从而指导材料改性和界面钝化技术的应用。

材料和界面表征的应用

通过测量QFLS，可以评估材料的内在性能和界面处的复合损失。在非器件态下，QFLS的测量可以避免电极或其他器件的影响，直接反映材料的本征性能。例如，光致发光量子效率（PLQY）和电致发光量子效率（ELQY）技术已被广泛用于QFLS的测量，并为材料的优化提供了重要依据。

QFLS相关理论

核心摘要：辐射极限定义了在零非辐射复合下的理想QFLS与V_OC值。通过比较实验数据与此理论极限，并结合Pseudo J-V曲线分析，研究者能将抽象的能量损失具体归因为缺陷态复合、界面复合或俄歇复合，为提升器件效率提供明确的物理依据。

辐射极限

辐射极限（Radiative Limit）是光伏器件性能的理论上限，指在仅考虑辐射复合的情况下，QFLS 和 V_OC 的最大值。在辐射极限下，所有光生载流子都通过辐射复合释放能量，没有非辐射复合损失。

然而，在实际器件中，非辐射复合是不可避免的，主要包括以下几种类型：

• 缺陷态复合：由于材料内部的缺陷或杂质，电子和空穴会通过缺陷态进行复合，导致能量损失。
• 界面复合：在多层结构的光伏器件中，界面处的能带不连续或缺陷会导致载流子的复合，这是非辐射复合的重要来源。
• 俄歇复合：在高载流子浓度下，电子和空穴的能量会通过与另一个载流子的碰撞传递，这种过程也会导致非辐射复合。

非辐射复合

非辐射复合的存在会降低 QFLS 和 V_OC，从而限制光伏器件的性能。因此，减少非辐射复合损失是提升光伏器件效率的关键。

Pseudo J-V曲线

Pseudo J-V 曲线是基于 QFLS 数据生成的理想化电流-电压特性曲线。通过测量不同光强下的 QFLS 值，可以模拟出在无串联电阻影响下的器件性能。这种方法能帮助研究人员量化非辐射复合损失、界面缺陷以及潜在的填充因子 (FF) 损失，从而评估器件的效率潜力。

QFLS的测量计算方法

核心摘要：由于无法直接测量，科学界主要采用光致发光量子产率（PLQY）与电致发光（ELQY）等间接测量法来推导QFLS。结合高能尾部拟合（HET Fit）与电子漂移-扩散模型，研究人员能从光谱数据中精确计算准费米能级，并有效校正吸收率与温度带来的测量误差。

由于QFLS无法直接测量，科学家们发展了多种间接测量和计算方法。本章将详细介绍几种主要的QFLS测量方法，包括光致发光量子产率（PLQY）测量、电致发光量子产率（ELQY）测量、Pseudo J-V曲线、高能尾部拟合方法、电子漂移-扩散模型以及电子结构计算（第一性原理）。

光致发光量子产率(PLQY)测量

光致发光量子产率（Photoluminescence Quantum Yield， PLQY）是测量QFLS的常用方法之一，其基本原理是通过测量样品吸收的光子数与发射的光子数之比，来推导光生载流子的辐射复合效率，进而计算QFLS。

测量步骤

1. 激发样品：使用激光或光源照射样品，激发光生载流子。
2. 收集光致发光信号：通过高灵敏度的光谱仪收集样品的光致发光信号，并测量其光通量密度（Φ_lum）
3. 计算PLQY：根据样品的吸收率（a）和激发光子通量密度（Φ_exc），计算PLQY，公式如下：η_PLQY = Φ_lum / (Φ_exc · a)
   其中：Φ_lum为光致发光的光通量密度，Φ_exc为激发光子通量密度，a为样品的吸收率。
4. 推导QFLS：利用以下公式计算QFLS：QFLS = kT · ln(η_PLQY)其中，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，η_PLQY为光致发光量子产率。
   

优点：

• 非破坏性测量，适用于多种材料，包括钙钛矿、硅和有机半导体。
• 可直接量化辐射复合效率，为材料性能评估提供重要依据。

限制：

• 测量结果可能受样品表面缺陷和界面复合影响。
• 需要高灵敏度的光学设备，并且对测量条件的稳定性要求较高。

电致发光量子产率(ELQY)测量

电致发光量子产率（Electroluminescence Quantum Yield， ELQY）是另一种测量QFLS的方法，特别适用于已制备的光电器件。其原理类似于PLQY，但激发载流子的方式是通过外加电压或电流。

测量步骤

1. 施加电压或电流：对器件施加电压或电流，激发载流子复合。
2. 收集电致发光信号：使用光谱仪测量器件的电致发光信号，并计算ELQY。
3. 计算QFLS：使用与PLQY相同的公式计算QFLS。

优点：

• 适用于实际器件的性能评估。
• 可直接反映器件内部的非辐射复合行为。

限制：

• 测量结果可能受器件结构和界面影响。
• 需要稳定的电流源和高灵敏度的光学检测设备。

Pseudo J-V 曲线的生成方法

1. 测量 QFLS 数据：使用光致发光量子产率（PLQY）或电致发光量子产率（ELQY）测量不同光强下的 QFLS 值。这些数据可以通过光谱高能尾拟合或其他算法计算得到。
2. 计算复合电流密度 J_rec：根据 QFLS 值，计算复合电流密度，公式如下：J_rec = J₀ · (e^{(q · QFLS) / (kT)} – 1)
   其中，J₀ 是暗饱和电流密度，q 是电子电荷，k 是玻尔兹曼常数，T 是温度。
3. 生成 Pseudo J-V 曲线：将复合电流密度与 QFLS 值作图，并减去与电压无关的光生电流(J_gen)密度 ，即可生成 Pseudo J-V 曲线提供一种理想化的性能评估工具，帮助研究人员排除串联电阻等外部因素的影响，专注于器件的内在物理特性。其重要性体现在以下几个方面：J = J_gen – J_rec
   该曲线反映了理想条件下的器件性能，帮助研究人员了解光伏器件的内部物理机制。

高能尾部拟合方法（HET Fit）

高能尾部拟合方法是一种基于光致发光光谱的技术，用于精确计算QFLS。该方法通过拟合光谱的高能部分，推导出载流子的能量分布。

测量步骤

1. 获取光谱数据：使用光谱仪获取样品的光致发光光谱。
2. 拟合高能尾部：拟合光谱的高能尾部，计算光子能量与光通量密度的关系。
3. 推导QFLS：根据拟合结果，使用以下公式计算QFLS：QFLS = (q / kT) · ln(Φ_lum / (Φ_exc · a))
   其中，q为电子电荷，a为样品的吸收率，T为绝对温度，Φ_lum为光致发光的光通量密度，Φ_exc为激发光子通量密度，a为样品的吸收率。

优点：

• 高精度，适用于研究材料内部的能量分布。
• 可用于分析非辐射复合损失。

限制：

• 需要高分辨率的光谱仪。
• 拟合结果可能受样品均匀性影响。

电子漂移-扩散模型

电子漂移-扩散模型是一种理论计算方法，通过模拟载流子的漂移和扩散行为，来估算QFLS。

模型建立与计算

1. 建立数学模型：根据材料的物理参数（如载流子寿命、扩散系数等），建立漂移-扩散模型。
2. 模拟载流子行为：模拟光生载流子的产生、复合和传输过程。
3. 计算QFLS：根据模拟结果，推导出QFLS。

优点：

• 适用于研究材料内部的载流子动力学。
• 可结合实验数据进行校准。

限制：

• 需要详细的材料参数。
• 模型的准确性依赖于假设条件。

电子结构计算（第一性原理）

第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）可用于模拟材料的电子结构，从而计算QFLS。

计算步骤

1. 模拟电子结构：使用第一性原理方法模拟材料的电子结构。
2. 计算准费米能级：计算导带和价带中的准费米能级位置。
3. 推导QFLS：根据模拟结果，计算QFLS。

优点：

• 适用于研究新材料的理论性能。
• 可提供原子尺度的详细信息。

限制：

• 计算量大，对计算资源要求高。
• 需要高水平的理论知识。

影响因素与修正项

• 温度的影响温度对QFLS的计算有显著影响，因为kT直接影响公式中的对数项。测量时需保持样品在稳定的温度条件下，并考虑温度对载流子复合行为的影响。
• 非辐射复合的校正非辐射复合会降低PLQY或ELQY，导致QFLS的低估。需要通过校正非辐射复合损失来提高准确性，例如结合漂移-扩散模型进行校正。
• 吸收率的准确测定样品的吸收率直接影响光子通量的计算，需通过实验或理论模型准确测定。吸收率的误差可能导致QFLS的计算偏差。
• 光谱校准的必要性测量系统需进行绝对光子数校准，以确保光谱数据的准确性。高能尾部拟合方法的先决条件是将整个测量系统校准为绝对光子数。

常见测量误差来源与影响

为了获得可信的QFLS数值，研究人员在进行PLQY或EL测量时，需特别注意以下误差来源的修正：

误差来源	对计算结果的影响	修正与减缓策略
温度变异 (T)	QFLS计算含 kT 项，温度不稳将直接导致能级分裂数值波动。	使用控温载台 (Temperature-controlled stage)，确保测量过程恒温。
光子数校准	若非“绝对”光子数，会导致发光通量估算错误，进而影响 QFLS 计算准确度。	定期对光谱系统进行光谱响应与绝对强度校准 (Spectral Calibration)。
吸收率 (A) 估算	高估样品吸收率会导致 PLQY 被低估，进而低估 QFLS。	配合积分球 (Integrating Sphere) 准确测量实际吸收率，而非仅依赖穿透率推算。
几何与再吸收	光子再吸收 (Photon Recycling) 效应可能导致发光光谱红移或强度改变。	在光谱分析时引入再吸收修正模型，或使用光焱科技专用分析软件进行校正。

实际计算中的注意事项

• 确保稳态与光浸润效应 (Light Soaking)：钙钛矿材料普遍存在离子迁移现象，刚开启激光时的 PL 信号并非稳态。需等待数秒至数分钟（光浸润效应），直到信号变异率低于容许范围后才能记录数据，否则 QFLS 将不具代表性。
• 光强依赖性与等效 1 Sun 定义：测量时应改变激发光强（如 0.01 Sun 到 1 Sun）进行扫描。QFLS 随光强变化斜率所推导的“理想因子 (Ideality Factor, n)”是判断复合机制（辐射复合 n=1，缺陷复合 n=2）的重要依据。同时，1 Sun 的设定应以“材料实际吸收产生短路电流（J_sc）”为基准，而非单纯的激光光功率。
• 相分离与载流子汇聚陷阱：在混合卤素钙钛矿中，载流子易汇聚至低带隙富碘相发光。这会导致测得的 PLQY 很高，但实际上并未反映整体材料的真实费米能级。此时单纯用 PLQY 推导的 QFLS 会严重失真。
• 几何校正与再吸收效应：厚样品或反射率高的衬底会引发强烈的光子再吸收 (Photon Recycling)，导致光谱红移与 PLQY 虚高，需通过光学模型进行修正。

QFLS的应用领域与实际案例

核心摘要：在钙钛矿太阳能电池开发中，QFLS被广泛用于非器件态薄膜的质量监控与隐含开路电压（iV_OC）预测。藉由量化不同工艺与钝化策略下的QFLS变化，开发团队能快速筛选理想材料配方，并针对界面复合损耗进行精准修复。

太阳能电池性能评估

• 非器件态表征在钙钛矿太阳能电池的早期开发阶段，非器件态表征是一种有效的研究方法。这种方法可以直接研究材料的本征性能，避免器件结构对测量结果的影响。例如，德国HySPRINT实验室利用光致发光量子效率（PLQY）测量技术，对不同制备工艺下的钙钛矿薄膜进行了逐层评估，揭示了不同膜层对QFLS的影响。随着膜层数量的增加，QFLS呈现下降趋势，这主要是由于膜层间的界面复合损失所致。此外，PLQY mapping技术还可以用于分析钙钛矿薄膜的均匀性和缺陷分布。例如，在不同光照强度下进行PLQY mapping测试，可以揭示钙钛矿薄膜内部的光电转换特性和复合行为。

• QFLS与开路电压的关系研究表明，钙钛矿材料的QFLS通常低于其理论辐射极限，这主要是由于非辐射复合和界面能量损失所致。例如，波茨坦大学的研究发现，钙钛矿中的QFLS显著低于其所有光强下的辐射极限，并且V_OC通常低于QFLS，这违反了Shockley-Queisser理论的假设。这种偏移表明，非辐射复合和界面缺陷是限制V_OC的主要因素。此外，研究还发现，通过优化钙钛矿层与电子传输层（ETL）或空穴传输层（HTL）之间的界面，可以显著提升QFLS。例如，通过引入二胺分子修饰钙钛矿表面，研究人员成功将QFLS提升了90 meV，从而使1.79 eV的钙钛矿太阳能电池达到1.33 V的V_OC，并实现了超过19%的功率转换效率（PCE）。资料来源：Enhanced Quasi-Fermi Level Splitting of Perovskite Solar Cells by Universal Dual-Functional Polymer
• 材料优化研究人员通过引入多功能聚合物添加剂来钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，显著提升了QFLS。例如，青岛能源研究所的研究显示，通过引入一种通用的多功能聚合物添加剂，可以同时钝化阳离子和阴离子缺陷，从而将钙钛矿薄膜的QFLS提升至接近Shockley-Queisser极限的95.5%。资料来源：Enhanced Quasi-Fermi Level Splitting of Perovskite Solar Cells by Universal Dual-Functional Polymer另一项研究则通过调整钙钛矿层的结构来提升QFLS。例如，通过设计2D/3D钙钛矿结构，研究人员成功实现了更高的QFLS和更低的非辐射复合损失。这种结构的量子限域效应有助于提升电子和空穴的分离效率，从而提高整体器件性能。资料来源：Achieving Quasi-Fermi level splitting near its radiative limit in efficient and stable 2D/3D perovskite solar Cells: Detailed balance model

光伏器件损耗分析中的QFLS

• 损耗来源诊断QFLS是分析光伏器件内部能量损耗的重要工具。例如，通过比较QFLS与理论辐射极限的差距，可以量化非辐射复合损失。研究表明，界面处的能量损失是限制QFLS的主要因素之一。例如，在钙钛矿太阳能电池中，界面缺陷和能带不匹配会导致显著的非辐射复合损失。