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3月7日，華東理工大學材料學院清潔能源材料與器件團隊在國際頂級期刊《科學》（Science）上發表了一項具有里程碑意義的研究成果，成功找到了延長鈣鈦礦太陽能電池壽命的關鍵方法。這一突破性發現，不僅為鈣鈦礦太陽能電池的產業化應用鋪平了道路，也為全球綠色能源轉型提供了重要的“中國方案”。 鈣鈦礦太陽能電池因其轉化效率高、成本低、柔性與輕量化等優勢，被視為極具應用前景的新型光伏技術。然而，器件的不穩定性一直是限制其產業化發展的首要挑戰。鈣鈦礦材料在光照、高溫等環境因素作用下容易發生化學分解和結構退化，導致電池效率大幅下降，使用壽命遠達不到實際應用要求。 華東理工大學科研團隊在侯宇教授和楊雙教授的帶領下，經過深入研究，首次揭示了鈣鈦礦光伏不穩定性的關鍵機制——光機械誘導分解效應。他們發現，在太陽光照下，鈣鈦礦材料會表現出顯著的光致伸縮效應，膨脹比例可超過1%，導致鈣鈦礦晶體之間的擠壓，并在晶界附近積累局部應力，加速了晶界區域的缺陷形成，從而造成電池性能損失。 針對這一機制，科研團隊創新性地提出了石墨烯-聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法。他們利用石墨烯的超高模量和耐機械疲勞性能，通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦聯方式，將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面，實現了兩者的高均勻度、多功能性集成。這一新型鈣鈦礦太陽能電池器件在標準太陽光照及高溫下的T97工作壽命（效率衰減至97%）達到了3670小時，創下同類電池中最長的穩定工作時間紀錄。 實驗證明，石墨烯-聚合物雙層結構顯著限制了鈣鈦礦薄膜在光照條件下的晶格動態伸縮效應，將晶格變形率從+0.31%降低至+0.08%，有效減少了晶界附近由膨脹引起的材料破壞。這一突破性成果不僅為理解鈣鈦礦材料的退化機制提供了新的視角，也為進一步提高其穩定性提供了重要思路。 華東理工大學科研團隊的這一發現，不僅解決了鈣鈦礦太陽能電池壽命短的難題，更為其產業化應用提供了全新解決方案。據估算，鈣鈦礦電池的生產成本僅為硅電池的1/3，且發電效率還有提升空間。隨著穩定性瓶頸的突破，鈣鈦礦太陽能電池正加速從實驗室走向實際應用，有望廣泛應用于建筑外墻的發電玻璃、可折疊的戶外充電毯以及給手機充電的太陽膜等領域。 這一研究成果得到了國家自然科學基金、上海市基礎研究特區等項目資金的支持，同時也得到了上海大學鄭祎初副研究員在理論模擬方面的重要支持。華東理工大學作為該工作的唯一通訊單位，展現了其在新型光伏領域的強大科研實力和創新能力。 |
