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新華社上海3月7日電（記者吳振東）相較于晶硅電池，鈣鈦礦太陽(yáng)電池具有轉(zhuǎn)化效率高、成本低、輕量化等優(yōu)勢(shì)，是極具應(yīng)用前景的新型光伏技術(shù)，但器件的不穩(wěn)定性是限制其產(chǎn)業(yè)化的首要挑戰(zhàn)。 記者從華東理工大學(xué)獲悉，該校清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，“光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)”是新型光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制，并提出了石墨烯—聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法，據(jù)此制備的新器件打破了鈣鈦礦太陽(yáng)電池的“短命”魔咒。該研究為鈣鈦礦太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化提供了新的解決方案，相關(guān)成果7日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。 鈣鈦礦材料是鈣鈦礦太陽(yáng)電池的關(guān)鍵組分。“光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)”是指該材料內(nèi)部的動(dòng)態(tài)局域應(yīng)力誘發(fā)材料發(fā)生分解。科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人侯宇教授介紹，在太陽(yáng)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(guò)1%，這會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦晶體間的擠壓，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，造成鈣鈦礦電池的性能損失。 為提升鈣鈦礦材料穩(wěn)定性，科學(xué)家此前嘗試過(guò)設(shè)計(jì)控制材料表面分子結(jié)構(gòu)等多種方法，但仍難滿足實(shí)際應(yīng)用需求。“光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)，為解決這一難題帶來(lái)了新思路。 據(jù)介紹，同等外力作用下，石墨烯形變的程度僅為鈣鈦礦材料的1%至2%，且具有均勻致密、耐機(jī)械疲勞和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。借助石墨烯就能提升鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性。“得益于石墨烯出色的機(jī)械性能和聚合物的耦合效應(yīng)，石墨烯—聚合物雙層結(jié)構(gòu)將晶格變形率從+0.31%下降至+0.08%，有效減少了晶界附近由膨脹引起的材料破壞。”侯宇說(shuō)。 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變實(shí)驗(yàn)和模型計(jì)算證實(shí)，這一新型鈣鈦礦太陽(yáng)電池器件在工作條件下能有效抑制晶格變形和橫向離子擴(kuò)散。例如，在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照及高溫下工作3670小時(shí)后，器件仍能保持初始效率的97%以上。 |
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