华东理工科研团队攻克钙钛矿电池“短命”难题

　　日前，华东理工大学材料学院侯宇教授、杨双教授团队率先揭示了新型光伏不稳定性的关键机制——光机械诱导分解效应，提出石墨烯—聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法，为克服钙钛矿电池稳定性瓶颈、推动钙钛矿器件的工业化生产和应用提供了新的解决方案。
　　
　　相较于晶硅电池，钙钛矿太阳能电池具有转化效率高、低成本、柔性与轻量化等优势，是一类极具应用前景的新型光伏技术，对解决能源与环境问题具有重要意义。然而，作为光伏电池的关键成分，钙钛矿材料在水氧、光照、高温和电场等环境因素作用下容易发生化学分解及结构退化，导致器件效率大幅下降，器件不稳定性成为限制钙钛矿太阳能电池产业化发展的首要问题。
　　
　　“我们发现，除水、光、热、电等常见因素外，钙钛矿材料内部的动态局域应力是诱发材料分解的重要原因，这就是光机械诱导分解效应。”侯宇介绍，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%，这将导致钙钛矿晶体之间的挤压，并在晶界附近积累局部应力，加速晶界区域的缺陷形成，造成钙钛矿太阳能电池的性能损失。
　　
　　“光机械诱导分解效应”的发现，为团队理解钙钛矿材料的退化机制提供了新视角，并为进一步提高其稳定性提供了重要思路。
　　
　　能不能用“极硬”的石墨烯来提升钙钛矿的稳定性呢？团队经过多次尝试，通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦联方式，将单层整片石墨烯组装到钙钛矿薄膜表面，制成了一个新型太阳能钙钛矿电池器件。通过动态结构演变实验和计算模型相结合，团队验证了该耦合界面结构在工作条件下能够有效抑制晶格变形以及横向离子扩散，从而确保钙钛矿器件在光照、高温及真空条件等环境下的长期稳定性。基于这一设计，太阳能电池在标准太阳光照及高温下工作的T97寿命（器件仍能保持初始效率的97%以上）达到了3670小时（约153天）。
　　
　　北京时间3月7日凌晨，相关研究成果发表于国际学术期刊《科学》。