论文概览
针对钙钛矿太阳能电池晶界缺陷导致稳定性不足及铅泄漏风险的双重挑战，重庆大学研究团队创新性地开发了N,N'-双丙烯酰胱胺(BAC)原位聚合策略。该研究通过在钙钛矿前驱体溶液中添加BAC分子，在薄膜退火过程中于晶界处形成聚合物PBAC，同步实现缺陷钝化与铅锚定。PBAC通过C=O和C=S基团与未配位Pb²⁺形成强配位作用，使器件效率提升至25.53%(认证效率25.24%)，并在1 cm²大面积器件上实现24.03%的效率。未封装器件在连续1500小时最大功率点跟踪后仍保持96%初始效率，在85°C/85%湿热条件下2000小时后保持81%效率。更重要的是，PBAC修饰使器件在水中浸泡480分钟后铅泄漏量降低72%。该研究以"Molecular polymerization strategy for stable perovskite solar cells with low lead leakage"为题发表于《Science Advances》。
技术亮点
原位聚合钝化：BAC在100°C退火过程中通过自由基聚合形成PBAC，稳定锚定于钙钛矿晶界。
多功能基团协同：C=O与Pb²⁺配位、C=S与I⁻作用、N-H与FA⁺形成氢键，同步钝化阴阳离子缺陷。
铅泄漏抑制：聚合物网络封装晶界并化学锚定铅，使铅泄漏量降低72%。
极端环境稳定性：器件在85°C/85%湿热条件下2000小时效率保持81%，光照1500小时效率保持96%。
深度解析
图1展示BAC在100°C加热，它就会形成凝胶状固体,由此推测其在退火过程中凝胶状固体结构的存在。通过FTIR光谱验证了PBAC改性前后钙钛矿薄膜中C=C键(1615和964 cm⁻¹)的消失，XPS分析则显示Pb 4f结合能向低能方向偏移，证实了PBAC与钙钛矿之间增强的化学相互作用，而AFM-IR图像直观呈现了聚合后仅保留C=O基团(1650 cm⁻¹)在晶界处的分布特征，为分子级钝化机制提供了直接证据。
图2该组图系统展示了PBAC改性器件的突破性性能，包括平面器件结构示意图与截面SEM图像(图2A)，其最优器件实现25.53%的转换效率(J-V曲线图2C)，Voc提升至1.186 V源于非辐射复合抑制，IPCE光谱(图2D)显示集成电流密度达24.73 mA/cm²，而KPFM图像(图2H)揭示表面电势提升现象，结合能级示意图(图2I)阐明了PBAC优化载流子传输路径的机制，大尺寸器件(1.0 cm²)仍保持24.03%效率(图2F)证实了技术可扩展性。
图3通过对比老化前后SEM图像(图3A)，PBAC改性薄膜在持续光照下仍保持结构完整性，而对照组出现明显PbI₂分解产物，元素分布图(图3B)显示PBAC有效抑制I⁻离子迁移至电极区域，长期稳定性测试曲线(图3D-E)证明未封装器件在1500小时连续工作后效率保持率超96%，85°C/85%RH湿热条件下2000小时后封装器件仍保留80%初始效率，这些数据共同构建了PBAC增强环境稳定性的完整证据链。
图4水浸泡实验照片(图4A)直观显示PBAC薄膜在水中保持黑色钙钛矿相，而对照组2分钟内即分解为黄色PbI₂，XRD图谱(图4B-C)和UV-vis光谱(图4D)定量证实PBAC对晶界的保护作用，ICP-OES数据(图4E)显示480分钟浸泡后铅泄漏量减少72%，TOF-SIMS深度剖析(图4G-H)进一步揭示老化后PBAC器件中铅信号强度显著降低，这些多维度数据共同验证了聚合物封装策略对环境安全的实质性改善。
结论展望
本研究通过BAC原位聚合策略，同步实现了钙钛矿太阳能电池效率提升、稳定性增强与铅泄漏抑制的三重目标。最关键的是，PBAC 通过化学锚定铅离子+ 疏水保护，让铅泄漏减少近 72%，攻克毒性隐患!这项研究为高效、稳定又环保的钙钛矿电池商业化扫清核心障碍，未来清洁能源普及再添强动力。
文献来源
Zhuang Q, Xu Z, Li H, et al. Molecular polymerization strategy for stable perovskite solar cells with low lead leakage.Science Advances (2025).
DOI: 10.1126/sciadv.ado7318
仅用于学术分享，如有侵权，请联系删除。
