該研究發現了鈣钛礦光伏不穩定性的關鍵機制——光機械誘導分解效應，提出石墨烯-聚合物機械增強鈣钛礦材料的新方法，制備的太陽能電池器件在标準太陽光照及高溫下的T97工作壽命創下3670小時新紀錄，該研究成果将為鈣钛礦太陽電池的産業化應用提供全新解決方案。《科學》期刊發表清潔能源材料與器件團隊最新研究成果鈣钛礦太陽電池結構一般由五層組成，從上至下分别為導電玻璃、空穴傳輸層、鈣钛礦、電子傳輸層、金屬電極。為了提升處于核心的鈣钛礦材料的穩定性，科學家們嘗試改變鈣钛礦組分和結晶性，或設計控制鈣钛礦表面分子結構，但仍難達到商業化應用标準。“光機械誘導分解效應”的發現，為理解鈣钛礦材料的退化機制提供了新的視角，并為進一步提高其穩定性提供了重要思路。石墨烯具有超高模量（約1TPa），是鈣钛礦材料模量的50~100倍，且具有均勻緻密、耐機械疲勞和化學穩定的優點。有沒有可能借用石墨烯這個“外援”，來提升鈣钛礦的穩定性呢？然而，石墨烯與鈣钛礦并不兼容，如何實現是一大難題。經過多次嘗試，團隊發現，可以通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦聯方式，将單層整片石墨烯組裝到鈣钛礦薄膜表面，從而實現兩者的高均勻度、多功能性集成。由此，一個新型鈣钛礦太陽能電池器件形成。團隊成員在測試鈣钛礦太陽能電池光電性能通過動态結構演變實驗和計算模型相結合，研究團隊驗證了該耦合界面結構在工作條件下，能夠有效抑制晶格變形以及橫向離子擴散，從而确保鈣钛礦器件在光照、高溫及真空等環境下的長期穩定性。基于這一設計，太陽電池在标準太陽光照及高溫（90℃）條件下，T97工作壽命（效率衰減至97%）達到3670小時（圖3）。多年來，清潔能源材料與器件團隊聚焦國家“雙碳”戰略，已在新型光伏領域取得系列研究成果，如建立了一套理論設計及精準篩選太陽能電池關鍵功能材料的通用方法，突破傳統材料合成的瓶頸，開發出一系列高性能、穩定的光電功能晶态材料，提出光伏器件表面分子功能化新方法，顯著提升太陽電池的環境穩定性，等等。對于通過石墨烯-聚合物耦合界面實現鈣钛礦光伏工況壽命新突破，侯宇認為，該研究成果的重要意義在于揭示了光伏性能退化的未知關鍵因素——“光機械誘導分解效應”，從根本上理解了鈣钛礦薄膜在實際應用過程中出現的動态結構損傷及其機械強化調控原理，為克服穩定性瓶頸、推動鈣钛礦器件的工業化生産和應用提供了新的解決方案。

華理團隊研究成果登上《Science》：石墨烯助力鈣钛礦...

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