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IT之家 3月9日?qǐng)?bào)道，鈣鈦礦式太陽能電池因其高效、低成本以及柔性、輕量化等優(yōu)勢，被視為解決能源與環(huán)境問題的重要技術(shù)，然而其器件的不穩(wěn)定性仍是制約其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素。

綜合央視新聞、科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，3月7日，華東理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功解析了這一技術(shù)難題，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)》上。

據(jù)透露，科研團(tuán)隊(duì)已找到了延長鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的關(guān)鍵方法，這一"命短"的難題得到突破，意味著人類正逐步靠近使用更經(jīng)濟(jì)、更薄的太陽能板。

研究發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦材料具有典型的軟晶格特性，易受水氧、光照、高溫和電場等因素影響而發(fā)生化學(xué)分解或結(jié)構(gòu)退化，導(dǎo)致效率大幅下降。

簡單來說，鈣鈦礦材料在光照下就像氣球一樣不斷膨脹和收縮，時(shí)間久了就會(huì)內(nèi)部受損破裂。這一材料在光照下膨脹率可達(dá)0.31%，內(nèi)部晶體相互擠壓產(chǎn)生破壞力，就像反復(fù)折疊的紙張最終會(huì)破裂一樣。研究團(tuán)隊(duì)想到了一個(gè)巧妙的解決方案——為材料穿上"防彈衣"。

他們采用世界上最堅(jiān)硬的材料之一石墨烯，搭配特殊透明塑料，制成超薄的防護(hù)層，厚度僅為頭發(fā)絲萬分之一。實(shí)驗(yàn)表明，這種"防護(hù)服"使材料的抗壓能力提升了近兩倍，將膨脹幅度從0.31%降至0.08%。

石墨烯-聚合物耦合雙層界面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了兼具高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)異電荷輸運(yùn)特性的鈣鈦礦薄膜材料。

經(jīng)過嚴(yán)格測試，安裝這種防護(hù)層的太陽能電池實(shí)現(xiàn)了新的突破：在模擬日常強(qiáng)光高溫環(huán)境下的連續(xù)工作時(shí)間突破3670小時(shí)（約153天），發(fā)電效率始終保持在97%以上。這一成果是目前同類電池最長的穩(wěn)定工作時(shí)間，標(biāo)志著其實(shí)際應(yīng)用成為可能。

石墨烯-聚合物耦合界面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的新突破。

這項(xiàng)突破不僅提供了解決方案，更刷新了科學(xué)界對(duì)提升穩(wěn)定性的認(rèn)知。過去十年，全球科學(xué)家主要從材料配方改進(jìn)入手，而華東理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)首次揭示了"物理損傷"這一隱藏的不利因素，為后續(xù)研究開辟了新方向。相關(guān)專家指出，這項(xiàng)研究重新定義了提高穩(wěn)定性的技術(shù)路徑。

研究團(tuán)隊(duì)透露，該技術(shù)已開始進(jìn)入企業(yè)合作測試階段。一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這一技術(shù)將掀起一場根本性的改變：建筑外墻上的發(fā)電玻璃、可折疊的戶外充電毯，甚至用于手機(jī)充電的太陽膜都將不再是夢想。據(jù)估算，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)成本僅為硅電池的三分之一，發(fā)電效率仍有提升空間。

▲團(tuán)隊(duì)成員測試鈣鈦礦太陽能電池的光電性能

華東理工大學(xué)是本研究的主要通訊單位，通訊作者為侯宇教授和楊雙教授，第一作者是材料學(xué)院的博士研究生李慶。該研究工作得到了華東理工大學(xué)楊化桂教授的專業(yè)指導(dǎo)，以及上海大學(xué)鄭祎初副研究員在理論模擬方面的關(guān)鍵支持。此外，研究工作還獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等項(xiàng)目資金的全力支持。

IT之家附論文鏈接：

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