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華東理工科研團(tuán)隊(duì)攻克鈣鈦礦電池“短命”難題

http://www.wandqa.cn2025年03月10日 09:34教育裝備網(wǎng)

  日前,華東理工大學(xué)材料學(xué)院侯宇教授、楊雙教授團(tuán)隊(duì)率先揭示了新型光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng),提出石墨烯—聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法,為克服鈣鈦礦電池穩(wěn)定性瓶頸、推動(dòng)鈣鈦礦器件的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供了新的解決方案。
  
  相較于晶硅電池,鈣鈦礦太陽能電池具有轉(zhuǎn)化效率高、低成本、柔性與輕量化等優(yōu)勢(shì),是一類極具應(yīng)用前景的新型光伏技術(shù),對(duì)解決能源與環(huán)境問題具有重要意義。然而,作為光伏電池的關(guān)鍵成分,鈣鈦礦材料在水氧、光照、高溫和電場(chǎng)等環(huán)境因素作用下容易發(fā)生化學(xué)分解及結(jié)構(gòu)退化,導(dǎo)致器件效率大幅下降,器件不穩(wěn)定性成為限制鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的首要問題。
  
  “我們發(fā)現(xiàn),除水、光、熱、電等常見因素外,鈣鈦礦材料內(nèi)部的動(dòng)態(tài)局域應(yīng)力是誘發(fā)材料分解的重要原因,這就是光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)。”侯宇介紹,在太陽光照下,鈣鈦礦材料表現(xiàn)出顯著的光致伸縮效應(yīng),膨脹比例可超過1%,這將導(dǎo)致鈣鈦礦晶體之間的擠壓,并在晶界附近積累局部應(yīng)力,加速晶界區(qū)域的缺陷形成,造成鈣鈦礦太陽能電池的性能損失。
  
  “光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn),為團(tuán)隊(duì)理解鈣鈦礦材料的退化機(jī)制提供了新視角,并為進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性提供了重要思路。
  
  能不能用“極硬”的石墨烯來提升鈣鈦礦的穩(wěn)定性呢?團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次嘗試,通過聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物界面耦聯(lián)方式,將單層整片石墨烯組裝到鈣鈦礦薄膜表面,制成了一個(gè)新型太陽能鈣鈦礦電池器件。通過動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模型相結(jié)合,團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了該耦合界面結(jié)構(gòu)在工作條件下能夠有效抑制晶格變形以及橫向離子擴(kuò)散,從而確保鈣鈦礦器件在光照、高溫及真空條件等環(huán)境下的長期穩(wěn)定性。基于這一設(shè)計(jì),太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照及高溫下工作的T97壽命(器件仍能保持初始效率的97%以上)達(dá)到了3670小時(shí)(約153天)。
  
  北京時(shí)間3月7日凌晨,相關(guān)研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

(來源:《中國教育報(bào)》 )

責(zé)任編輯:董曉娟

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