摘要：铅泄漏和稳定性问题是钙钛矿太阳能电池（PSCs）商业化面临的主要挑战。针对这一问题，重庆大学臧志刚教授团队以及华中科技大学李雄课题组在Science Advances期刊上发表了题为“Molecular polymerization strategy for

铅泄漏和稳定性问题是钙钛矿太阳能电池（PSCs）商业化面临的主要挑战。针对这一问题，重庆大学臧志刚教授团队以及华中科技大学李雄课题组在Science Advances期刊上发表了题为“Molecular polymerization strategy for stable perovskite solar cells with low lead leakage”的最新论文。本研究通过在钙钛矿前驱体溶液中添加N,N'-双(丙烯酰)胱胺（BAC），使其在薄膜退火过程中于晶界处形成聚合物PBAC。

该聚合物能有效钝化缺陷并降低铅泄漏风险，使优化后的PSCs实现了25.53%（0.1平方厘米，认证效率25.24%）和24.03%（1.0平方厘米）的光电转换效率。

在模拟AM 1.5光照下持续工作1500小时后，器件仍保持约96%的初始效率；在85℃/85%相对湿度的湿热环境中暴露2000小时后，效率保留率达81%。此外，将PSCs浸入水中480分钟后，PBAC修饰可使铅泄漏量显著降低近72%。

研究亮点

（1）实验首次在钙钛矿前驱体溶液中引入可原位聚合的N,N'-双(丙烯酰)胱胺（BAC），得到在薄膜退火过程中自发形成晶界聚合物PBAC的高稳定钙钛矿太阳能电池（PSCs）。该聚合物通过多重配位点锚定未配位Pb²⁺，实现了深能级缺陷的有效钝化与非辐射复合的显著抑制，同时构建了疏水屏障抑制离子迁移。

（2）实验通过PBAC的晶界封装与化学锚定双重作用，获得以下突破性结果：

效率突破：小面积器件（0.1 cm²）效率达25.53%（认证25.24%），1.0 cm²器件效率提升至24.03%，为当前大尺寸PSCs的最高效率之一；

稳定性飞跃：未封装器件在AM 1.5光照下连续工作1500小时后效率保持率>96%，封装器件在85℃/85%RH湿热环境中运行2000小时仍保留81%初始效率；

环境安全性：聚合物网络对铅的强锚定使器件在水中浸泡480分钟后铅泄漏量降低72%，为目前报道的铅泄漏抑制最佳水平之一。

（3）机制创新性：

聚合策略：低温退火触发BAC原位聚合，克服传统小分子添加剂易挥发、分布不均的缺陷；

多功能钝化：PBAC的酰胺与双硫键协同钝化钙钛矿晶界及表面的多种缺陷（Pb²⁺空位、卤素空位等）；

稳定性协同提升：聚合物疏水骨架阻隔水氧侵蚀，交联网络抑制离子迁移，从物理封装与化学钝化双途径增强器件鲁棒性。

图文解读

图1. 分子聚合策略

图2. 器件性能与光电特性

图3. 稳定性分析

图4. 铅泄漏分析

结论展望

本研究通过低温热诱导策略成功开发出聚合物PBAC的合成方法。PBAC凭借其丰富的氢键及C═O、C─S等官能团，与钙钛矿形成强相互作用，从而制备出结晶度提升、缺陷密度降低且离子迁移受抑制的高质量钙钛矿薄膜。

这使得器件的光电转换效率（PCE）与工作稳定性得到显著提升：基于PBAC的PSCs在小面积（0.1 cm²）和大面积（1.0 cm²）下分别实现25.53%和24.03%的冠军效率。在最大功率点跟踪测试中，改性器件展现出卓越的工作稳定性，1500小时后仍保持96%的初始效率；在85℃/85%相对湿度的老化条件下，2000小时后效率保持率超过80%。

此外，聚合物的疏水性可有效阻止Pb²⁺溶于水，大幅降低铅泄漏风险。本研究为同步解决铅泄漏问题与提升器件长期工作稳定性提供了有效方案，将推动高效钙钛矿太阳能电池在清洁能源领域的规模化应用。

文献信息

Qixin Zhuang et al. ,Molecular polymerization strategy for stable perovskite solar cells with low lead leakage.Sci. Adv.11,eado7318(2025).DOI:10.1126/sciadv.ado7318

来源：朱老师讲VASP