鈣鈦礦太陽(yáng)電池，這一被視作光伏領(lǐng)域新星的技術(shù)，憑借其高效率、低成本及輕量化等優(yōu)勢(shì)，為解決能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)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(jìn)程的關(guān)鍵因素。
近日，華東理工大學(xué)的一項(xiàng)研究成果在國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)》上發(fā)表，成功攻克了這一技術(shù)瓶頸。據(jù)央視新聞與科技日?qǐng)?bào)綜合報(bào)道，該科研團(tuán)隊(duì)找到了延長(zhǎng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池使用壽命的關(guān)鍵策略，為鈣鈦礦太陽(yáng)電池的商業(yè)化應(yīng)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(chǎng)等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致化學(xué)分解與結(jié)構(gòu)退化，進(jìn)而嚴(yán)重影響電池效率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦材料在光照下會(huì)像氣球一樣不斷膨脹收縮，最終導(dǎo)致材料內(nèi)部損傷。這種材料在光照下的膨脹幅度可超過(guò)1%，內(nèi)部晶體間的相互擠壓造成破壞，猶如反復(fù)折疊的紙張最終斷裂。
面對(duì)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(jiān)硬的材料之一——石墨烯，結(jié)合特殊透明塑料，制成了厚度僅為頭發(fā)絲萬(wàn)分之一的超薄保護(hù)層。這層“防護(hù)服”顯著增強(qiáng)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(hù)了鈣鈦礦材料免受物理?yè)p傷的困擾。
經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，裝有這種保護(hù)層的太陽(yáng)能電池在模擬日常使用條件下的強(qiáng)光高溫環(huán)境中，持續(xù)工作3670小時(shí)（約153天）后，仍能保持97%的發(fā)電效率。這一成果刷新了同類(lèi)電池的穩(wěn)定工作時(shí)間記錄，標(biāo)志著鈣鈦礦太陽(yáng)電池的實(shí)際應(yīng)用已成為可能。
此次突破不僅為鈣鈦礦太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性問(wèn)題提供了解決方案，更顛覆了科學(xué)界對(duì)鈣鈦礦材料穩(wěn)定性的傳統(tǒng)認(rèn)知。過(guò)去十年間，全球科學(xué)家主要聚焦于材料配方的改良，而華東理工團(tuán)隊(duì)首次揭示了“物理?yè)p傷”這一隱藏挑戰(zhàn)，為后續(xù)研究開(kāi)辟了新方向。相關(guān)專(zhuān)家表示，這一成果重新定義了提升鈣鈦礦太陽(yáng)電池穩(wěn)定性的技術(shù)路徑。
據(jù)了解，該技術(shù)已開(kāi)始與企業(yè)合作進(jìn)行試驗(yàn)。一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將帶來(lái)革命性的變化。建筑外墻的發(fā)電玻璃、可折疊的戶(hù)外充電毯甚至用于手機(jī)充電的太陽(yáng)膜等創(chuàng)新產(chǎn)品都可能成為現(xiàn)實(shí)。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(jìn)一步提升的空間。
此次研究由華東理工大學(xué)獨(dú)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(xué)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(dǎo)，以及上海大學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等項(xiàng)目資金的支持。
