钙钛矿太阳电池：革新光伏领域的“明日之星”
在光伏技术领域，钙钛矿太阳电池以其高效能、低成本、柔韧性和轻量化等显著优势，正迅速崛起，成为新型光伏技术中的璀璨新星。然而，器件的不稳定性成为其产业化发展的首要障碍。
华东理工大学突破研究：揭示钙钛矿不稳定性的奥秘
北京时间3月7日凌晨，华东理工大学材料学院清洁能源材料与器件团队的侯宇教授、杨双教授等研究人员，在《科学》（Science）杂志上发表了最新研究成果。他们首次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，并提出了一种利用石墨烯-聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法。这一创新成果使得制备的太阳能电池器件在标准太阳光照及高温下的T97工作寿命达到了创纪录的3670小时。
钙钛矿材料稳定性难题的破解之道
钙钛矿材料作为光伏电池的关键组成部分，在面临水氧、光照、高温和电场等环境因素的挑战时，极易发生化学分解和结构退化，导致器件效率大幅下降。侯宇教授指出：“我们发现，在水、光、热、电等常见因素之外，钙钛矿材料内部的动态局域应力是引发材料分解的重要原因，这就是所谓的光机械诱导分解效应。”
石墨烯与聚合物协同作用，提升钙钛矿稳定性
钙钛矿太阳电池的结构由五层组成，从上至下分别为导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿、电子传输层和金属电极。为了提高核心钙钛矿材料的稳定性，科学家们尝试了改变钙钛矿组分和结晶性，或设计控制钙钛矿表面分子结构，但效果有限。杨双教授介绍，光机械诱导分解效应的发现为理解钙钛矿材料的退化机制提供了新的视角，并为进一步提高其稳定性提供了重要思路。
石墨烯-聚合物界面耦联：钙钛矿稳定性的新突破
石墨烯因其超高模量和优异的机械性能，被认为是提升钙钛矿稳定性的潜在“外援”。然而，石墨烯与钙钛矿并不兼容。经过多次尝试，研究团队发现，通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦联方式，可以将单层整片石墨烯组装到钙钛矿薄膜表面，实现两者的高均匀度、多功能性集成。
实验验证：钙钛矿器件稳定性显著提升
得益于石墨烯的出色机械性能和聚合物的耦合效应，钙钛矿薄膜的模量和硬度提高了两倍，显著限制了在光照条件下的晶格动态伸缩效应。研究表明，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。
长期稳定性验证：T97寿命突破3670小时
通过动态结构演变实验和计算模型相结合，研究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，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，太阳电池在标准太阳光照及高温下工作的T97寿命达到了3670小时。
华东理工大学在光伏领域的持续贡献
华东理工大学清洁能源材料与器件团队多年来专注于国家“双碳”战略，已在新型光伏领域取得了一系列研究成果，包括建立理论设计及精准筛选太阳能电池关键功能材料的通用方法，突破传统材料合成的瓶颈，开发出高性能、稳定的光电功能晶态材料，并提出光伏器件表面分子功能化新方法，显著提升太阳电池的环境稳定性等。
钙钛矿光伏工况寿命新突破的意义
侯宇教授认为，通过石墨烯-聚合物耦合界面实现钙钛矿光伏工况寿命的新突破，最大的意义在于揭示了光伏性能退化的未知关键因素——“光机械作用”，从根本上理解了钙钛矿薄膜在实际应用过程中出现的动态结构损伤及其强化调控原理，为克服稳定性瓶颈、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。
研究团队信息
华东理工大学为该工作的唯一通讯单位，通讯作者为侯宇教授和杨双教授，第一作者为材料学院博士研究生李庆。