相對于晶硅電池，鈣鈦礦太陽電池具有轉化效率高、低成本、柔性與輕量化等優勢，是一類極具應用前景的新型光伏技術，對解決能源與環境問題具有重要意義，然而，器件不穩定性是限制其產業化發展的首要挑戰。
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Science（《科學》）發表題為“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”的最新研究成果。該研究率先揭示了新型光伏不穩定性的關鍵機制——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工作壽命創下3670小時新紀錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽電池的產業化應用提供全新解決方案。
作為光伏電池的關鍵組分，鈣鈦礦材料表現出典型的軟晶格特性，在水氧、光照、高溫和電場等環境因素作用下，容易發生化學分解及結構退化，導致器件效率大幅下降。
“我們發現，在水、光、熱、電等常見因素外，鈣鈦礦材料內部的動態局域應力是誘發材料分解的重要原因，這就是光機械誘導分解效應。”據侯宇教授介紹，在太陽光照下，鈣鈦礦材料表現出顯著的光致伸縮效應，膨脹比例可超過1%，這將導致鈣鈦礦晶體之間的擠壓，并在晶界附近積累局部應力，加速了晶界區域的缺陷形成，造成了鈣鈦礦電池的性能損失。
據侯宇介紹，鈣鈦礦太陽電池結構由五層組成，從上至下分別為導電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦、電子傳輸層、金屬電極。為了提升處于核心的鈣鈦礦材料的穩定性，科學家們要么嘗試改變鈣鈦礦組分和結晶性，要么設計控制鈣鈦礦表面分子結構，然而卻收效甚微。
“光機械誘導分解效應”的發現，為團隊理解鈣鈦礦材料的退化機制提供了新的視角，并為進一步提高其穩定性提供了重要思路。
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