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来源：央视新闻

在太阳能电池领域，相对于传统的晶硅电池，新兴的钙钛矿电池具有转化效率高、低成本、柔性与轻量化等优势，是极具应用前景的新型光伏技术，对解决能源与环境问题具有重要意义。

然而，这类电池存在一个关键问题——稳定性较差，难以长期使用，在阳光下用不了多久就会“衰老”，使用寿命远达不到实际应用要求。

近日，华东理工大学的一项研究成功破解了这一难题，成功找到延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法，让人类距离用上更便宜、更轻薄的太阳能板又近了一大步。

北京时间3月7日，华东理工大学材料学院清洁能源材料与器件团队侯宇教授、杨双教授等人在国际顶尖期刊《科学（Science）》发表最新研究成果。

该研究揭示了新型光伏不稳定性的关键机制——“光机械”诱导分解效应，提出石墨烯-聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法，其制备的太阳能电池器件有效寿命创造了国际上同类实验的新纪录。

据悉，这两位85后教授带领团队制备的钙钛矿电池新器件成功实现“抗衰老”，在 90°C 的全光谱大气质量1.5 全球 (AM 1.5 G) 阳光下进行 3670小时的最大功率点跟踪后，太阳能电池装置仍保持了其初始功率转换效率的 97% 以上。

该研究成果将为钙钛矿太阳电池的产业化应用提供全新解决方案。

作为光伏电池的关键组分，钙钛矿材料表现出典型的软晶格特性，在水氧、光照、高温和电场等环境因素作用下，容易发生化学分解及结构退化，导致器件效率大幅下降。

因此，钙钛矿材料在阳光照射下会像气球一样反复膨胀收缩，时间一长就会“内伤”破裂。

“我们发现，在水、光、热、电等常见因素外，钙钛矿材料内部的动态局域应力，成为诱发材料分解的重要原因，这就是‘光机械’诱导分解效应。”侯宇介绍，在太阳光照下，钙钛矿材料表现出显著的光致伸缩效应，这种材料遇光会膨胀超过1%，内部晶体相互挤压产生破坏力，就像反复折叠的纸最终会断裂一样。

为了提升处于核心的钙钛矿材料稳定性，科研人员想出了一个妙招——给材料穿“防弹衣”。

团队找到了神奇的诺奖级二维材料——石墨烯。石墨烯是世界上最坚硬的材料之一，具有超高模量（也就是材料抵抗变形能力的物理量），是钙钛矿材料模量的50到100倍，且具有均匀致密、耐机械疲劳和化学稳定的优点。

科研人员利用与塑料相近的“聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）”聚合物，通过界面耦联方式，将单层整片石墨烯组装到钙钛矿薄膜表面，从而实现两者的高均匀度、多功能性集成。由此，一种新型的太阳钙钛矿电池器件形成了。

实验证明，这层“防护服”能让材料抗压能力翻倍，得益于石墨烯出色的机械性能和聚合物的耦合效应，钙钛矿薄膜的模量和硬度提高了两倍，并显著限制了在光照条件下的晶格动态伸缩效应。

石墨烯-聚合物双层结构将晶格变形率从+0.31%降至+0.08%，有效减少了晶界附近由膨胀引起的材料破坏，进而确保钙钛矿器件在光照、高温及真空条件等环境下的长期稳定性。

这项突破不仅给出解决方案，更颠覆了科学界认知。过去十年，全球科学家主要从材料配方改良入手，而华东理工团队首次发现“物理损伤”这个隐藏杀手，为后续研究打开新方向。相关专家表示，这项工作重新定义了提升稳定性的技术路径。

研究团队透露，该技术已开始与企业合作试验。一旦量产，将带来革命性变化：建筑外墙的发电玻璃、可折叠的户外充电毯甚至给手机充电的太阳膜都可能成为现实。据估算，钙钛矿电池生产成本仅为硅电池的1/3，发电效率还有提升空间。

（来源：央视新闻，上观新闻；整理：Bell）

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