近日，纳米科学与材料工程学院李萌课题组与伦敦玛丽女王大学陆瑶、李哲课题组合作，开发出一种新型生物质来源功能高分子材料，有效提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性与环境安全性。相关成果以“Biomass-Derived Functional Additive for Highly Efficient and Stable Lead Halide Perovskite Solar Cells with built-in Lead Immobilisation”为题，以Research Article形式在国际期刊《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上发表。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d4ee06038e

钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为新一代光伏技术，因其高效率、低成本和可调光电性能而受到广泛关注。然而，铅泄漏带来的环境风险和器件运行稳定性差的问题仍严重制约其商业化应用。为解决这一瓶颈，研究团队引入了源自海藻酸钠的四丁基铵海藻酸盐（TBA-Alg）聚合物，该材料不仅能牢固固定未配位的铅离子，显著抑制铅泄漏，还通过“蛋盒”结构和疏水性侧链增强了钙钛矿薄膜的结晶质量和耐湿性。研究表明，该材料可在晶粒表面与边界处形成互联网络，有效钝化缺陷并抑制载流子复合，从而大幅提升器件性能。

图1 TBA-Alg功能高分子调控钙钛矿结晶与铅离子固定的作用机制

经过TBA-Alg处理后的p-i-n结构钙钛矿器件效率高达25.01%，存储2000小时后保持95.5%的初始性能。在60%相对湿度下连续照射1050小时后，仍保持80%的效率。此外，该材料还能有效减少83%的铅泄漏，即使在浸水环境下亦表现出优异的抗水性。所提出的策略也适用于n-i-p结构和大面积器件，证明了其优良的适配性与可扩展性。本研究充分展示了将可再生材料引入先进光伏器件的巨大潜力，不仅显著提升器件性能，还响应了可持续与环保的发展目标，为钙钛矿太阳能电池的绿色商业化应用提供了重要解决方案。

该项工作由河南大学、伦敦玛丽女王大学和上海同步辐射光源联合完成。李净、乔翔、何丙辰为并列第一作者，李萌教授、李哲教授和陆瑶教授为共同通讯作者。研究得到了中国国家自然科学基金委员会、欧洲研究理事会、AXA Research Fund等机构的资助支持。