在新型光(guang)伏(fu)技術路(lu)線上，鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池因兼具高轉(zhuan)換效率、低成(cheng)本及柔(rou)性(xing)輕量化(hua)等(deng)優勢(shi)備(bei)受矚目。然而，材料(liao)穩定性(xing)不足(zu)始終制(zhi)約著(zhu)其產業化(hua)進(jin)程——這(zhe)個被(bei)譽為"光(guang)伏(fu)新星"的材料(liao)，在光(guang)照(zhao)、高溫等(deng)條件(jian)下(xia)極易發(fa)生(sheng)結構退化(hua)，導致器件(jian)性(xing)能驟降。這(zhe)一世界性(xing)難題(ti)近(jin)日被(bei)華東理工大學材料(liao)學院清潔能源材料(liao)與(yu)器件(jian)團隊破解。

3月7日，國際頂級(ji)學術期刊(kan)《科學》在(zai)線發(fa)表(biao)了該團(tuan)(tuan)隊的突(tu)破性(xing)研(yan)(yan)究(jiu)成(cheng)果。侯(hou)宇(yu)教(jiao)授、楊雙教(jiao)授領銜(xian)的研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊首次揭示了鈣鈦礦(kuang)(kuang)材料中光機械誘導分解效(xiao)應這一關鍵失效(xiao)機制，并(bing)創新性(xing)地提(ti)出石(shi)墨烯(xi)-聚(ju)合物復合增強策略。通過將單層整片石(shi)墨烯(xi)與聚(ju)甲基丙烯(xi)酸甲酯（PMMA）進(jin)行(xing)界面耦合，成(cheng)功制備出具有超高穩定性(xing)的鈣鈦礦(kuang)(kuang)薄膜太陽能電池(chi)。經第三(san)方測試驗(yan)證(zheng)，該電池(chi)在(zai)標準太陽光照及85℃高溫環境下，T97工作壽命突(tu)破3670小時(shi)，較傳統鈣鈦礦(kuang)(kuang)電池(chi)提(ti)升(sheng)近3倍(bei)。

研究團(tuan)隊通過(guo)原子(zi)力顯(xian)微(wei)鏡動態觀測發現，鈣鈦礦(kuang)材(cai)料(liao)在光照下會產生(sheng)顯(xian)著(zhu)的(de)光致伸縮效應，其(qi)晶格膨脹(zhang)幅度可達1%以(yi)上。這種微(wei)觀形變不僅引發晶界破裂，還會加速離(li)子(zi)遷移導(dao)致材(cai)料(liao)劣化。"我(wo)們首(shou)次證(zheng)實，動態應力累積是(shi)鈣鈦礦(kuang)器件失效的(de)重(zhong)要誘因，而非單純依(yi)賴傳(chuan)統認知的(de)水氧(yang)侵蝕(shi)或熱穩定性(xing)問題。"侯(hou)宇(yu)教(jiao)授(shou)解(jie)釋道。

針對(dui)這一發現，團(tuan)隊創新構(gou)建了石墨烯-聚合物雙層增強(qiang)結構(gou)。利用石墨烯超(chao)高模(mo)量（約(yue)1TPa）與(yu)PMMA優異的(de)界面(mian)相容(rong)性，成功將鈣(gai)鈦礦薄膜(mo)的(de)模(mo)量和硬度(du)提升至原有兩(liang)倍。實(shi)驗數(shu)據顯示，該(gai)結構(gou)能將光(guang)照條件(jian)下(xia)的(de)晶(jing)格變形(xing)率從+0.31%嚴格控制(zhi)(zhi)在(zai)+0.08%以(yi)內，有效抑制(zhi)(zhi)了晶(jing)界微(wei)裂紋的(de)產生與(yu)擴(kuo)展。結合第一性原理計算與(yu)原位動態結構(gou)表(biao)征，研究團(tuan)隊證實(shi)了該(gai)界面(mian)工程可同步阻(zu)隔橫向(xiang)離子擴(kuo)散并(bing)緩解光(guang)熱(re)應力(li)。

這項突破不僅解決了(le)鈣(gai)鈦礦材料(liao)(liao)(liao)在實(shi)際工(gong)況下(xia)的失效(xiao)難題，更為下(xia)一代光伏技術發展開辟了(le)新(xin)(xin)路(lu)徑(jing)。據團(tuan)隊透(tou)露，該技術已(yi)申(shen)請多(duo)項發明專(zhuan)利，相關成(cheng)果(guo)正(zheng)在與新(xin)(xin)能(neng)源企(qi)業推進產業化合作。自(zi)"雙(shuang)碳"戰略實(shi)施以來，華東理工(gong)大學清潔能(neng)源材料(liao)(liao)(liao)團(tuan)隊已(yi)在新(xin)(xin)型光伏領域取(qu)得系列原創(chuang)性成(cheng)果(guo)，包括光電(dian)功能(neng)材料(liao)(liao)(liao)精準篩選方法、表(biao)面分子(zi)功能(neng)化技術等，為我國新(xin)(xin)能(neng)源產業轉型升級(ji)提供了(le)重要(yao)技術支撐。

這(zhe)(zhe)項里(li)程碑式的突破(po)標志著鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池(chi)向產業化邁出關鍵(jian)一步。隨著穩定性問(wen)題的攻(gong)克，這(zhe)(zhe)種被譽為"未來光伏主流(liu)"的材(cai)料，將(jiang)在建筑一體化、柔性電(dian)子(zi)等領域展現出更廣闊的應用前(qian)景。