鈣鈦礦太陽電池，這一被視作光伏領域新星的技術，憑借其高效率、低成本及輕量化等優勢，為解決能源危機與環境問題提供了新思路。然而，器件的不穩定性一直是制約其產業化進程的關鍵因素。
近日，華東理工大學的一項研究成果在國際權威期刊《科學》上發表，成功攻克了這一技術瓶頸。據央視新聞與科技日報綜合報道，該科研團隊找到了延長鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的關鍵策略，為鈣鈦礦太陽電池的商業化應用鋪平了道路。
研究顯示，鈣鈦礦材料作為光伏電池的核心組件，具有軟晶格特性，易受水氧、光照、高溫及電場等環境因素的影響，導致化學分解與結構退化，進而嚴重影響電池效率。簡單來說，鈣鈦礦材料在光照下會像氣球一樣不斷膨脹收縮，最終導致材料內部損傷。這種材料在光照下的膨脹幅度可超過1%，內部晶體間的相互擠壓造成破壞，猶如反復折疊的紙張最終斷裂。
面對這一挑戰，科研人員巧妙地給鈣鈦礦材料穿上了一層“防彈衣”。他們利用世界上最堅硬的材料之一——石墨烯，結合特殊透明塑料，制成了厚度僅為頭發絲萬分之一的超薄保護層。這層“防護服”顯著增強了材料的抗壓能力，將膨脹幅度從0.31%降低至0.08%，有效保護了鈣鈦礦材料免受物理損傷的困擾。
經過嚴格測試，裝有這種保護層的太陽能電池在模擬日常使用條件下的強光高溫環境中，持續工作3670小時（約153天）后，仍能保持97%的發電效率。這一成果刷新了同類電池的穩定工作時間記錄，標志著鈣鈦礦太陽電池的實際應用已成為可能。
此次突破不僅為鈣鈦礦太陽電池的穩定性問題提供了解決方案，更顛覆了科學界對鈣鈦礦材料穩定性的傳統認知。過去十年間，全球科學家主要聚焦于材料配方的改良，而華東理工團隊首次揭示了“物理損傷”這一隱藏挑戰，為后續研究開辟了新方向。相關專家表示，這一成果重新定義了提升鈣鈦礦太陽電池穩定性的技術路徑。
據了解，該技術已開始與企業合作進行試驗。一旦實現量產，將帶來革命性的變化。建筑外墻的發電玻璃、可折疊的戶外充電毯甚至用于手機充電的太陽膜等創新產品都可能成為現實。據估算，鈣鈦礦電池的生產成本僅為硅電池的1/3，且發電效率仍有進一步提升的空間。
此次研究由華東理工大學獨立完成，通訊作者為侯宇教授和楊雙教授，第一作者為材料學院博士研究生李慶。研究工作得到了楊化桂教授的悉心指導，以及上海大學鄭祎初副研究員在理論模擬方面的重要支持。該研究還獲得了國家自然科學基金、上海市基礎研究特區等項目資金的支持。
