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IT之家 3月9日報道，鈣鈦礦太陽電池作為一種極具應(yīng)用前景的新型光伏技術(shù)，以其高效率、低成本、柔性以及輕量化等優(yōu)勢，在解決能源與環(huán)境問題方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，器件不穩(wěn)定性仍是其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的首要障礙。

綜合央視新聞、科技日報報道，3月7日，華東理工大學(xué)的研究團隊取得重大突破，成功解決這一難題，相關(guān)研究成果已在國際知名期刊《科學(xué)》發(fā)表。

據(jù)悉，科研團隊通過深入研究，發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池壽命短的“命短”本質(zhì)。他們成功找到了這一關(guān)鍵問題的解決方案，為人類更經(jīng)濟、更高效的使用太陽能板又邁出了重要一步。

研究發(fā)現(xiàn)，作為光伏電池的核心材料，鈣鈦礦表現(xiàn)出顯著的軟性晶體結(jié)構(gòu)特性。在水氧、光照、高溫以及電場等多種環(huán)境因素作用下，鈣鈦礦材料容易發(fā)生化學(xué)分解和形變，導(dǎo)致效率顯著下降。

通俗來說，鈣鈦礦材料在光照下就像一個不斷膨脹和收縮的氣球。長期使用后，這種反復(fù)的膨脹和收縮會導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部壓力，最終導(dǎo)致材料破裂。研究人員靈感突發(fā)，想到了一個巧妙的解決辦法——為材料穿上“防護服”。

他們采用石墨烯，這是一種世界上最堅硬的材料之一，搭配特殊的透明塑料，制成了一層只有頭發(fā)絲萬分之一厚度的超薄保護層。經(jīng)過實驗驗證，這種“防護層”顯著提升了鈣鈦礦材料的抗壓能力，將膨脹幅度從0.31%降至0.08%。這就好比給易碎品加裝了防震包裝，極大提升了材料的穩(wěn)定性。

圖片顯示：鈣鈦礦-聚合物耦合雙層界面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)兼具高強度、高韌性和優(yōu)異電荷輸運特性的鈣鈦礦薄膜材料。

經(jīng)過嚴格測試實驗，這種帶有“防護層”的太陽能電池實現(xiàn)了突破性成果：在模擬日常使用條件下的強光和高溫環(huán)境下，持續(xù)工作3670小時（約153天）后，仍能保持97%的發(fā)電效率。這是同類電池中工作時間最長的突破，標(biāo)志著鈣鈦礦太陽能電池的實際應(yīng)用成為可能。

圖片顯示：鈣鈦礦-聚合物耦合界面實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池工況壽命的新突破。

這項突破不僅提供了解決方案，更刷新了科學(xué)界對提升鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的認知。過去十年，全球科學(xué)家主要通過優(yōu)化材料配方來提升效率，而華東理工大學(xué)的研究團隊首次揭示并利用了“物理損傷”這一隱藏的“殺手”，為后續(xù)研究提供了新的方向。相關(guān)專家表示，這一工作重新定義了提升鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的技術(shù)路徑。

研究團隊透露，鈣鈦礦技術(shù)已與多家企業(yè)開始試驗合作。一旦實現(xiàn)量產(chǎn)，這一技術(shù)將引發(fā)建筑外墻發(fā)電玻璃、可折疊戶外充電毯以及用于手機充電的太陽膜等創(chuàng)新應(yīng)用的出現(xiàn)。目前，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)成本僅為硅電池的三分之一，但發(fā)電效率仍有提升空間。

▲研究團隊成員正在測試鈣鈦礦太陽能電池的光電性能。

華東理工大學(xué)是該項目的主要通訊單位，通訊作者包括侯宇教授和楊雙教授。李慶是材料學(xué)院的一名博士研究生，是本研究的第一作者。項目得到了華東理工大學(xué)楊化桂教授的悉心指導(dǎo)，上海大學(xué)鄭祎初副研究員在理論模擬方面提供了重要支持。此外，該項目還獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等科研項目的資助。

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