鈣鈦礦太陽電池，這一被視作光伏領域新星的技術，憑借其高效率、低成本及輕量化等優(yōu)勢，為解決能源危機與環(huán)境問題提供了新思路。然而，器件的不穩(wěn)定性一直是制約其產(chǎn)業(yè)化進程的關鍵因素。

近日，華東理工大學的一項研究成果在國際權威期刊《科學》上發(fā)表，成功攻克了這一技術瓶頸。據(jù)央視新聞與科技日報綜合報道，該科研團隊找到了延長鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的關鍵策略，為鈣鈦礦太陽電池的商業(yè)化應用鋪平了道路。

研究顯示，鈣鈦礦材料作為光伏電池的核心組件，具有軟晶格特性，易受水氧、光照、高溫及電場等環(huán)境因素的影響，導致化學分解與結構退化，進而嚴重影響電池效率。簡單來說，鈣鈦礦材料在光照下會像氣球一樣不斷膨脹收縮，最終導致材料內(nèi)部損傷。這種材料在光照下的膨脹幅度可超過1%，內(nèi)部晶體間的相互擠壓造成破壞，猶如反復折疊的紙張最終斷裂。

面對這一挑戰(zhàn)，科研人員巧妙地給鈣鈦礦材料穿上了一層“防彈衣”。他們利用世界上最堅硬的材料之一——石墨烯，結合特殊透明塑料，制成了厚度僅為頭發(fā)絲萬分之一的超薄保護層。這層“防護服”顯著增強了材料的抗壓能力，將膨脹幅度從0.31%降低至0.08%，有效保護了鈣鈦礦材料免受物理損傷的困擾。

經(jīng)過嚴格測試，裝有這種保護層的太陽能電池在模擬日常使用條件下的強光高溫環(huán)境中，持續(xù)工作3670小時（約153天）后，仍能保持97%的發(fā)電效率。這一成果刷新了同類電池的穩(wěn)定工作時間記錄，標志著鈣鈦礦太陽電池的實際應用已成為可能。

此次突破不僅為鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性問題提供了解決方案，更顛覆了科學界對鈣鈦礦材料穩(wěn)定性的傳統(tǒng)認知。過去十年間，全球科學家主要聚焦于材料配方的改良，而華東理工團隊首次揭示了“物理損傷”這一隱藏挑戰(zhàn)，為后續(xù)研究開辟了新方向。相關專家表示，這一成果重新定義了提升鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的技術路徑。

據(jù)了解，該技術已開始與企業(yè)合作進行試驗。一旦實現(xiàn)量產(chǎn)，將帶來革命性的變化。建筑外墻的發(fā)電玻璃、可折疊的戶外充電毯甚至用于手機充電的太陽膜等創(chuàng)新產(chǎn)品都可能成為現(xiàn)實。據(jù)估算，鈣鈦礦電池的生產(chǎn)成本僅為硅電池的1/3，且發(fā)電效率仍有進一步提升的空間。

此次研究由華東理工大學獨立完成，通訊作者為侯宇教授和楊雙教授，第一作者為材料學院博士研究生李慶。研究工作得到了楊化桂教授的悉心指導，以及上海大學鄭祎初副研究員在理論模擬方面的重要支持。該研究還獲得了國家自然科學基金、上海市基礎研究特區(qū)等項目資金的支持。