鈣鈦礦太陽能電池被稱作“未來之光”，它不僅能像傳統(tǒng)硅電池一樣發(fā)電，還能做成薄如紙張、可彎曲的形態(tài)，甚至能貼在衣服或窗戶上使用。然而，器件不穩(wěn)定性成為限制其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的首要挑戰(zhàn)。

團隊科研人員展示鈣鈦礦太陽能電池器件。受訪對象供圖

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侯宇教授、楊雙教授等人在《科學》發(fā)表最新研究，揭示了新型光伏不穩(wěn)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工作壽命創(chuàng)下3670小時新紀錄。

研究發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦材料在陽光照射下會像氣球一樣反復膨脹收縮，時間一長就會“內傷”破裂。這種材料遇光會膨脹超過1%，內部晶體相互擠壓產(chǎn)生破壞力，就像反復折疊的紙最終會斷裂一樣。

科研人員想出了一個妙招——給材料穿“防彈衣”。他們用世界上最堅硬的材料之一石墨烯，加上特殊透明塑料，制成只有頭發(fā)絲萬分之一的超薄保護層。

經(jīng)過多次嘗試，團隊發(fā)現(xiàn)，可以通過聚甲基丙烯酸甲酯聚合物界面耦聯(lián)方式，將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面。由此，一個新型鈣鈦礦太陽能電池器件形成。實驗證明，由這種雙層結構形成的“防護服”，能讓材料抗壓能力翻倍，把膨脹幅度從0.31%降到0.08%，就像給易碎品加了抗震包裝。

團隊成員在測試鈣鈦礦太陽能電池光電性能。受訪對象供圖

經(jīng)過嚴格測試，裝上這種保護層的太陽能電池創(chuàng)下新紀錄：在模擬日常使用的強光高溫環(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。這是目前同類電池中最長的穩(wěn)定工作時間，意味著實際應用成為可能。

過去10年，全球科學家主要從材料配方改良入手，而華東理工大學團隊首次發(fā)現(xiàn)“物理損傷”這個隱藏殺手，為后續(xù)研究打開新方向。相關專家表示，這項工作重新定義了提升穩(wěn)定性的技術路徑。

目前，該技術已開始與企業(yè)合作試驗，一旦量產(chǎn)，建筑外墻發(fā)電玻璃、可折疊戶外充電毯，甚至給手機充電的太陽膜都可能成為現(xiàn)實。