華理科研成果登上《科學(xué)》期刊破解鈣鈦礦電池穩(wěn)定性難題

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2025-03-08 15:02:52 澎湃新聞

鈣鈦礦太陽電池作為一種新型光伏技術(shù),，具有高效率,、低成本,、柔性與輕量化等優(yōu)勢,，在解決能源與環(huán)境問題方面意義重大,。然而，其不穩(wěn)定性成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要障礙,。上海的科研團隊在這方面取得了新進展,。

華理科研成果登上《科學(xué)》期刊

北京時間3月7日凌晨，華東理工大學(xué)材料學(xué)院清潔能源材料與器件團隊在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項研究成果,，揭示了鈣鈦礦光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機制——光機械誘導(dǎo)分解效應(yīng),，并提出一種石墨烯-聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法。這種方法制備的太陽能電池在標準太陽光照及高溫下的T97工作壽命達到3670小時,，為鈣鈦礦太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了新的解決方案,。

華理科研成果登上《科學(xué)》期刊破解鈣鈦礦電池穩(wěn)定性難題

鈣鈦礦材料表現(xiàn)出軟晶格特性，在水氧,、光照,、高溫和電場等因素作用下容易發(fā)生化學(xué)分解及結(jié)構(gòu)退化，導(dǎo)致器件效率下降,。研究發(fā)現(xiàn),，這些因素首先在材料內(nèi)部產(chǎn)生局域應(yīng)力，這種“動態(tài)應(yīng)力”是誘發(fā)材料分解的主要原因,。在太陽光照下,，鈣鈦礦材料會顯著膨脹，超過1%,，這會導(dǎo)致晶體之間的擠壓并在晶界附近積累局部應(yīng)力,，加速缺陷形成，從而影響電池性能,。

華理科研成果登上《科學(xué)》期刊破解鈣鈦礦電池穩(wěn)定性難題

為了提升鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性,，以往的研究嘗試改變其組分和結(jié)晶性或控制表面分子結(jié)構(gòu)，但效果有限。此次研究通過引入石墨烯作為增強材料來提高鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)定性,。石墨烯具有超高模量（約1 TPa）,，且均勻致密、耐機械疲勞和化學(xué)穩(wěn)定,。盡管石墨烯與鈣鈦礦本身并不兼容,，但通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦聯(lián)方式，可以將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面,，實現(xiàn)兩者的高均勻度,、多功能性集成。

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