中國青年報客戶端上海3月7日電（中青報·中青網記者王燁捷）北京時間今天凌晨，華東理工大學材料學院清潔能源材料與器件團隊侯宇教授、楊雙教授等在《科學》雜志發表了題為“鈣鈦礦晶格的石墨烯聚合物增強，用于耐用的太陽能電池”的最新研究成果。
該研究發現了鈣鈦礦光伏不穩定性的關鍵機制——光機械誘導分解效應，提出石墨烯-聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法，制備的太陽能電池器件在標準太陽光照及高溫下的T97（即工作壽命衰減到97%）工作壽命創下3670小時新紀錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽能電池的產業化應用提供全新解決方案。
《科學》期刊發表團隊最新研究成果。網站截圖
作為光伏電池的關鍵組分，鈣鈦礦材料表現出典型的軟晶格特性，在水氧、光照、高溫和電場等環境因素作用下，容易發生化學分解及結構退化，導致器件效率大幅下降。鈣鈦礦太陽能電池結構一般由五層組成，從上至下分別為導電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦、電子傳輸層、金屬電極。而石墨烯具有超高模量（約1 TPa），是鈣鈦礦材料模量的50~100倍，且具有均勻致密、耐機械疲勞和化學穩定的優點。有沒有可能借用石墨烯這個“外援”，來提升鈣鈦礦的穩定性呢？然而，石墨烯與鈣鈦礦并不兼容，如何實現是一大難題。
華理團隊發現，可以通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦合方式，將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面，從而實現兩者的高均勻度、多功能性集成。由此，一個新型鈣鈦礦太陽能電池器件形成。
通過動態結構演變實驗和計算模型相結合，研究團隊驗證了該耦合界面結構在工作條件下，能夠有效抑制晶格變形以及橫向離子擴散，從而確保鈣鈦礦器件在光照、高溫及真空等環境下的長期穩定性。基于這一設計，太陽能電池在標準太陽光照及高溫（90℃）條件下，T97工作壽命達到3670小時。記者注意到，此前，香港城市大學研究團隊于2024年10月在《科學》上發文，采用原子層沉積（ALD）方法，用氧化錫代替富勒烯電子傳輸層，提高了鈣鈦礦太陽能電池的長期穩定性。該團隊實現了功率轉換效率超25%的太陽能電池，在65°C的功率點運行2000小時后，仍保持95%以上的初始效率。其認證的T97工作壽命為“超1000小時”。
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