华东理工大学团队突破钙钛矿太阳能电池寿命难题

3月7日，华东理工大学材料学院清洁能源材料与器件团队在国际顶级期刊《科学》（Science）上发表了一项具有里程碑意义的研究成果，成功找到了延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法。这一突破性发现，不仅为钙钛矿太阳能电池的产业化应用铺平了道路，也为全球绿色能源转型提供了重要的“中国方案”。

钙钛矿太阳能电池因其转化效率高、成本低、柔性与轻量化等优势，被视为极具应用前景的新型光伏技术。然而，器件的不稳定性一直是限制其产业化发展的首要挑战。钙钛矿材料在光照、高温等环境因素作用下容易发生化学分解和结构退化，导致电池效率大幅下降，使用寿命远达不到实际应用要求。

华东理工大学科研团队在侯宇教授和杨双教授的带领下，经过深入研究，首次揭示了钙钛矿光伏不稳定性的关键机制——光机械诱导分解效应。他们发现，在太阳光照下，钙钛矿材料会表现出显著的光致伸缩效应，膨胀比例可超过1%，导致钙钛矿晶体之间的挤压，并在晶界附近积累局部应力，加速了晶界区域的缺陷形成，从而造成电池性能损失。

针对这一机制，科研团队创新性地提出了石墨烯-聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法。他们利用石墨烯的超高模量和耐机械疲劳性能，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，实现了两者的高均匀度、多功能性集成。这一新型钙钛矿太阳能电池器件在标准太阳光照及高温下的T97工作寿命（效率衰减至97%）达到了3670小时，创下同类电池中最长的稳定工作时间纪录。

实验证明，石墨烯-聚合物双层结构显著限制了钙钛矿薄膜在光照条件下的晶格动态伸缩效应，将晶格变形率从+0.31%降低至+0.08%，有效减少了晶界附近由膨胀引起的材料破坏。这一突破性成果不仅为理解钙钛矿材料的退化机制提供了新的视角，也为进一步提高其稳定性提供了重要思路。

华东理工大学科研团队的这一发现，不仅解决了钙钛矿太阳能电池寿命短的难题，更为其产业化应用提供了全新解决方案。据估算，钙钛矿电池的生产成本仅为硅电池的1/3，且发电效率还有提升空间。随着稳定性瓶颈的突破，钙钛矿太阳能电池正加速从实验室走向实际应用，有望广泛应用于建筑外墙的发电玻璃、可折叠的户外充电毯以及给手机充电的太阳膜等领域。

这一研究成果得到了国家自然科学基金、上海市基础研究特区等项目资金的支持，同时也得到了上海大学郑祎初副研究员在理论模拟方面的重要支持。华东理工大学作为该工作的唯一通讯单位，展现了其在新型光伏领域的强大科研实力和创新能力。