科学家找到延长钙钛矿太阳电池寿命新思路

新华社上海3月7日电（记者吴振东）相较于晶硅电池，钙钛矿太阳电池具有转化效率高、成本低、轻量化等优势，是极具应用前景的新型光伏技术，但器件的不稳定性是限制其产业化的首要挑战。

记者从华东理工大学获悉，该校清洁能源材料与器件团队的一项研究发现，“光机械诱导分解效应”是新型光伏不稳定性的关键机制，并提出了石墨烯—聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法，据此制备的新器件打破了钙钛矿太阳电池的“短命”魔咒。该研究为钙钛矿太阳电池产业化提供了新的解决方案，相关成果7日发表于《科学》杂志。

钙钛矿材料是钙钛矿太阳电池的关键组分。“光机械诱导分解效应”是指该材料内部的动态局域应力诱发材料发生分解。科研团队负责人侯宇教授介绍，在太阳光照下，钙钛矿材料表现出显著的光致伸缩效应，膨胀比例可超过1%，这会导致钙钛矿晶体间的挤压，并在晶界附近积累局部应力，加速晶界区域的缺陷形成，造成钙钛矿电池的性能损失。

为提升钙钛矿材料稳定性，科学家此前尝试过设计控制材料表面分子结构等多种方法，但仍难满足实际应用需求。“光机械诱导分解效应”的发现，为解决这一难题带来了新思路。

据介绍，同等外力作用下，石墨烯形变的程度仅为钙钛矿材料的1%至2%，且具有均匀致密、耐机械疲劳和化学性质稳定的优点。借助石墨烯就能提升钙钛矿材料的稳定性。“得益于石墨烯出色的机械性能和聚合物的耦合效应，石墨烯—聚合物双层结构将晶格变形率从+0.31%下降至+0.08%，有效减少了晶界附近由膨胀引起的材料破坏。”侯宇说。

动态结构演变实验和模型计算证实，这一新型钙钛矿太阳电池器件在工作条件下能有效抑制晶格变形和横向离子扩散。例如，在标准太阳光照及高温下工作3670小时后，器件仍能保持初始效率的97%以上。