中國青年報(bào)客戶端上海3月7日電（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者王燁捷）北京時(shí)間今天凌晨，華東理工大學(xué)材料學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)侯宇教授、楊雙教授等在《科學(xué)》雜志發(fā)表了題為“鈣鈦礦晶格的石墨烯聚合物增強(qiáng)，用于耐用的太陽能電池”的最新研究成果。
該研究發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)，提出石墨烯-聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法，制備的太陽能電池器件在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照及高溫下的T97（即工作壽命衰減到97%）工作壽命創(chuàng)下3670小時(shí)新紀(jì)錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供全新解決方案。
《科學(xué)》期刊發(fā)表團(tuán)隊(duì)最新研究成果。網(wǎng)站截圖
作為光伏電池的關(guān)鍵組分，鈣鈦礦材料表現(xiàn)出典型的軟晶格特性，在水氧、光照、高溫和電場(chǎng)等環(huán)境因素作用下，容易發(fā)生化學(xué)分解及結(jié)構(gòu)退化，導(dǎo)致器件效率大幅下降。鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)一般由五層組成，從上至下分別為導(dǎo)電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦、電子傳輸層、金屬電極。而石墨烯具有超高模量（約1 TPa），是鈣鈦礦材料模量的50~100倍，且具有均勻致密、耐機(jī)械疲勞和化學(xué)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。有沒有可能借用石墨烯這個(gè)“外援”，來提升鈣鈦礦的穩(wěn)定性呢？然而，石墨烯與鈣鈦礦并不兼容，如何實(shí)現(xiàn)是一大難題。
華理團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，可以通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦合方式，將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面，從而實(shí)現(xiàn)兩者的高均勻度、多功能性集成。由此，一個(gè)新型鈣鈦礦太陽能電池器件形成。
通過動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模型相結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了該耦合界面結(jié)構(gòu)在工作條件下，能夠有效抑制晶格變形以及橫向離子擴(kuò)散，從而確保鈣鈦礦器件在光照、高溫及真空等環(huán)境下的長期穩(wěn)定性。基于這一設(shè)計(jì)，太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照及高溫（90℃）條件下，T97工作壽命達(dá)到3670小時(shí)。記者注意到，此前，香港城市大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)于2024年10月在《科學(xué)》上發(fā)文，采用原子層沉積（ALD）方法，用氧化錫代替富勒烯電子傳輸層，提高了鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)換效率超25%的太陽能電池，在65°C的功率點(diǎn)運(yùn)行2000小時(shí)后，仍保持95%以上的初始效率。其認(rèn)證的T97工作壽命為“超1000小時(shí)”。
本文鏈接：http://m.enbeike.cn/news-8-2541-0.html我國科學(xué)家在太陽能電池研究上取得新突破，工作壽命創(chuàng)下3670小時(shí)新紀(jì)錄
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