综述：自修复钙钛矿太阳能电池：简介、最新进展与展望

这篇综述系统总结了自修复钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究进展，重点探讨了如何通过抑制钙钛矿分解产物逃逸、引入自修复添加剂（如动态共价键/非共价相互作用材料）以及封装技术（如环氧树脂ER）解决PSCs长期稳定性差和铅（Pb）泄漏问题，为开发高效长寿命刚性/柔性器件提供了重要参考。

　　

自修复钙钛矿太阳能电池：突破稳定性瓶颈的新策略

引言

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的认证功率转换效率（PCE）已达25.7%，但其长期稳定性受水分、氧气、光照、温度波动和机械变形等多因素影响。更严峻的是，破损后铅（Pb）的泄漏可能造成环境污染。模仿生物体自修复机制开发的自修复PSCs，为同时解决这两个难题提供了新思路。

PSCs的不稳定性机制

本征不稳定性

ABX₃型钙钛矿中，A位有机阳离子（如MA⁺/FA⁺）与[PbX₆]^4-八面体的弱相互作用易导致相变和晶格畸变。例如CsPbI₃在降温时会从立方α相转变为非光活性的正交δ相，而B位掺杂Zn²⁺或Sn²⁺可稳定晶格结构。

环境因素影响

水分会通过晶界渗透引发可逆水合反应（如MAPbI₃→CH₃NH₃I + PbI₂），而光照会诱导卤化物偏析（如CsPbI_1.2Br_1.8的"混合-分离-再混合"循环）。此外，85°C高温可导致有机阳离子逃逸，而柔性器件中界面热膨胀系数不匹配会加速分层。

自修复材料的设计原理

非共价相互作用

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  氢键：硫脲-三乙二醇（TUEG3）聚合物通过N-H···O键修复MAPbI₃晶界裂纹，使柔性器件在3000次弯曲后PCE恢复94%。

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  主客体作用：β-环糊精（GMA-CD）与金刚烷（N-AA）的包合作用构建2D/3D异质结构，抑制有机离子扩散。

动态共价键

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  二硫键（S-S）：含二硫键的聚氨酯（PUDS）在加热时发生键交换反应，修复机械损伤。

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  硼氧键：硼氧六环聚合物通过水解/脱水可逆反应实现裂纹自愈合。

自修复PSCs的实现路径

抑制分解产物逃逸

2,6-吡啶二甲酰胺（PDCA）修饰的聚硅氧烷通过配位键锚定Pb²⁺，阻止其外泄；苯肼盐酸盐（PHCl）则能将氧化的Sn⁴⁺还原为Sn²⁺，使Sn基PSCs在60%湿度下效率恢复90%。

功能性自修复层

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  离子凝胶封装：含磷基离子液体（TPDP）的聚丙烯酸网络具有室温自修复性，使破损器件的Pb泄漏率降至0.08 mg/(h·m²)。

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  聚硫辛酸（Poly-LA）：其动态二硫键网络可修复NiO_x/钙钛矿界面裂纹，提升柔性器件机械稳定性。

挑战与展望

当前自修复PSCs仍面临室温修复效率低（多数需>60°C）、导电性自修复材料缺乏等瓶颈。未来需开发兼具电荷传输能力（如共轭自修复聚合物）和多重修复机制（如协同氢键/金属配键）的新型材料，并通过原位表征技术（如同步辐射X射线衍射）揭示修复动力学过程。在产业化层面，需验证大尺寸组件在真实环境下的自修复效能，并建立低成本制造工艺。

这一技术不仅适用于PSCs，也为其他柔性光电器件（如钙钛矿LED、探测器）的可靠性提升提供了普适性策略。