金属卤化物钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本等优点而成为了一种前景广阔的光伏技术。然而，钙钛矿固有的软离子晶格、多重缺陷以及大量的晶界等会加速器件的老化和降解。另外，钙钛矿中有害的铅离子（Pb²⁺）泄漏对环境和人类健康构成威胁，严重限制了基于钙钛矿的电子产品的广泛应用。因此，开发一种同时提高电池稳定性并降低其毒性的策略迫在眉睫。

近日，中国科学院化学研究所杨海霞、王吉政和杨士勇团队提出了一种通过原位聚合实现双链共聚物网络的策略。利用一种新设计并合成的添加剂聚酰胺酸酯（PAE），使其通过紫外诱导的原位聚合构建独特的双链共聚物网络。聚合物链中的多个活性位点可以钝化各种缺陷并增强电荷转移。同时，庞大的共聚物网络为钙钛矿提供了有效的防御，稳定内部结构并同时抵抗恶劣的外部环境，从而延缓器件的老化，并最大限度地抑制有毒铅泄漏。最终实现了高效、稳定和低铅泄漏的钙钛矿太阳能电池。

作者设计并合成了一种新型氟化PAE，其结构包括：（1）酰胺基团（-CO-NH-），可以通过C=O与Pb²⁺的配位键以及N-H与I-的氢键而与钙钛矿晶格相互作用；（2）醚键（-O-），可以增加聚合物链的柔性，使其更容易溶解在钙钛矿前驱体溶液中；（3）三氟甲基（-CF₃），氟原子的强电负性可以增强钙钛矿的疏水性，并与未配位的Pb²⁺相互作用以消除缺陷；（4）乙烯基（-C=C-），赋予PAE优异的光敏性，使其能够通过紫外光照射实现原位聚合，从而形成双链共聚物网络，为钙钛矿提供更致密的保护，有助于提高钙钛矿的稳定性并抑制铅泄漏。

PL、PL mapping和TRPL的结果表明，经过双链共聚物网络处理的钙钛矿薄膜具有更长的载流子寿命和更少的非辐射复合。同样，fs-TA的结果表明，优化后的薄膜载流子扩散能力得到明显改善，同时非辐射复合显著减少。

作者利用原位PL监测了钙钛矿成核和结晶的过程，证明了加入PAE并原位聚合后的钙钛矿能够更快地成核并更加缓慢地结晶，这归因于PAE分子结构中的多种官能团能够与PbI₂发生强相互作用，从而引发快速成核并减缓了FAPbI₃晶体的形成。

最终，经过双链共聚物网络处理后的钙钛矿太阳能电池实现了26.20%的光电转换效率（认证效率为25.69%），同时表现出优异的稳定性和显著降低的铅毒性。其中，未封装的器件能够抑制80%的铅泄漏，封装的器件在湿热环境（65 °C和85%相对湿度）下保存1000小时后仍能保持初始效率的93%。这一策略为制备高效、稳定且环境友好的钙钛矿太阳能电池提供了一条可行的路径。

Double-Chain Copolymer Network via In Situ Polymerization Enables High-Stability and Lead-Safe Perovskite Solar Cells

Jiaxin Ma, Shengnan Fan, Cong Shao Lizhe Wang, Yuan Dong, Guosheng Niu, Zongxiu Nie, Shiyong Yang, Jizheng Wang, Haixia Yang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202425578