IT之家 3 月 9 日消息，鈣鈦礦太陽(yáng)電池作為極具應(yīng)用前景的新型光伏技術(shù)，具有效率高、成本低、柔性與輕量化等優(yōu)勢(shì)，對(duì)解決能源與環(huán)境問(wèn)題具有重要意義，然而，器件不穩(wěn)定性是限制其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的首要挑戰(zhàn)。
綜合央視新聞、科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，3 月 7 日，華東理工大學(xué)的一項(xiàng)研究成功破解了這一難題，相關(guān)成果已發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》（Science）。
據(jù)悉，科研團(tuán)隊(duì)成功找到延長(zhǎng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命的關(guān)鍵方法，這項(xiàng)“命短”難題的破解，讓人類距離用上更便宜、更輕薄的太陽(yáng)能板又近了一大步。
研究發(fā)現(xiàn)，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。
通俗來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦材料在陽(yáng)光照射下會(huì)像氣球一樣反復(fù)膨脹收縮，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)“內(nèi)傷”破裂。這種材料遇光會(huì)膨脹超過(guò) 1%，內(nèi)部晶體相互擠壓產(chǎn)生破壞力，就像反復(fù)折疊的紙最終會(huì)斷裂一樣。科研人員想出了一個(gè)妙招 —— 給材料穿“防彈衣”。
他們用世界上最堅(jiān)硬的材料之一石墨烯，加上特殊透明塑料，制成只有頭發(fā)絲萬(wàn)分之一的超薄保護(hù)層。實(shí)驗(yàn)證明，這層“防護(hù)服”能讓材料抗壓能力翻倍，把膨脹幅度從 0.31% 降到 0.08%，就像給易碎品加了抗震包裝。
經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，裝上這種保護(hù)層的太陽(yáng)能電池創(chuàng)下新紀(jì)錄：在模擬日常使用的強(qiáng)光高溫環(huán)境下，持續(xù)工作 3670 小時(shí)（約 153 天）后，仍能保持 97% 的發(fā)電效率。這是目前同類電池中最長(zhǎng)的穩(wěn)定工作時(shí)間，意味著實(shí)際應(yīng)用成為可能。
這項(xiàng)突破不僅給出解決方案，更刷新了科學(xué)界認(rèn)知。過(guò)去十年，全球科學(xué)家主要從材料配方改良入手，而華東理工團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)“物理?yè)p傷”這個(gè)隱藏殺手，為后續(xù)研究打開(kāi)新方向。相關(guān)專家表示，這項(xiàng)工作重新定義了提升穩(wěn)定性的技術(shù)路徑。
研究團(tuán)隊(duì)透露，該技術(shù)已開(kāi)始與企業(yè)合作試驗(yàn)。一旦量產(chǎn)，將帶來(lái)革命性變化：建筑外墻的發(fā)電玻璃、可折疊的戶外充電毯甚至給手機(jī)充電的太陽(yáng)膜都可能成為現(xiàn)實(shí)。據(jù)估算，鈣鈦礦電池生產(chǎn)成本僅為硅電池的 1/3，發(fā)電效率還有提升空間。
華東理工大學(xué)為該工作的唯一通訊單位，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，該研究工作得到了華東理工大學(xué)楊化桂教授的悉心指導(dǎo)，上海大學(xué)鄭祎初副研究員在理論模擬方面提供了重要支持。研究工作還得到了國(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。
IT之家附論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu5563
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