文|馒头
编辑|江娱迟
前言
近期《人民日报》用“世界首次”报道了一篇文章，本以为是夸大其词的赞誉，却没想到报道内容着实让人振奋不已。
文章内容是关于太阳能技术的，这项技术在我国已经应用多年，而华东理工大学在近期再次攻下了一个世界难题，又创造了一个太阳能电池的奇迹。
研究人员
我们太阳能电池已经使用非常熟练，华东理工大学又创造了什么奇迹？这项技术在未来又有什么用？
中国再次“遥遥领先”
在如今的新能源领域中，钙钛矿太阳能电池一直被誉为“未来之光”，
因这种电池的成本低、效率高、制造工艺简单而备受瞩目，但这种材料寿命短极短，是其最致命的缺点。
钙钛矿太阳能电池
尤其在强光和高温环境下，钙钛矿电池的性能会迅速衰减，这成为其从实验室走向大规模应用的瓶颈。
而在最近，我国的华东理工大学在这一研究上取得了重大突破，成功破解了这一难题。
华东理工大学的研究团队在国际顶级期刊《科学》上发表了一项研究成果，首次揭示了导致钙钛矿电池寿命短的“光机械诱导分解效应”这一关键机制。
半透明太阳能电池
他们还通过创新的石墨烯聚合物保护层技术，将电池在强光高温下的有效寿命提升至3670小时，也就是153天左右，效率保持97%以上。
这一成果被《人民日报》等权威媒体称为“世界首次”，标志着钙钛矿电池从实验室迈向产业化的关键瓶颈被突破。
很多人可能不清楚，钙钛矿是一种晶体结构材料，具有优异的光电性能，但其稳定性一直是个难题。
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传统研究认为，钙钛矿电池性能衰减的主要原因是化学缺陷，比如材料表面的氧化或离子迁移。
但华东理工大学团队的研究发现，钙钛矿电池的“短命”还有另一个重要原因，那就是严重的物理损伤。
在强光的照耀下，钙钛矿材料会表现出显著的光致伸缩效应，也就是会发生膨胀，膨胀率超过1%。
这种膨胀虽然看似微小，但在反复的光照和温度变化中，钙钛矿晶格会不断伸缩，导致内部应力积累。
就像反复折叠一张纸，最终纸会破裂一样，钙钛矿材料也会因为这种“光机械作用”而逐渐分解。
这种机制就是“光机械诱导分解效应”，也是导致钙钛矿电池性能退化的隐藏杀手。
为了揭示这一机制，研究团队进行了大量实验和计算模拟。
他们发现，钙钛矿晶界处的应力积累会导致缺陷扩散，最终引发材料破裂。
钙钛矿晶
这一发现为钙钛矿电池的寿命问题提供了全新的解决思路。
石墨烯“防弹衣”
基于对钙钛矿材料“光机械作用”的理解，华东理工大学团队设计了墨烯-聚合物双层界面结构的保护层技术。
这种保护层厚度仅头发丝的万分之一，却能将钙钛矿晶格的变形率从0.31%降至0.08%，从而大幅延长电池寿命。
太阳能板
这种保护层使用的材料石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有超高的机械强度和导电性。
在保护层中，石墨烯起到了“骨架”的作用，其模量是钙钛矿材料的50-100倍，能够有效支撑钙钛矿晶格，防止其过度膨胀。
而聚合物层则提供了韧性和电荷传输的通道，进一步增强了材料的稳定性。
为了验证这一技术的效果，研究团队进行了严格的实验。
聚合物保护层
在模拟85℃高温、连续光照的极端环境下，采用石墨烯-聚合物保护层的钙钛矿电池寿命达到了3670小时，效率保持在97%以上。
这一结果远超此前同类实验的水平，为钙钛矿电池的产业化应用奠定了坚实基础。
钙钛矿太阳能电池的突破不仅具有科学意义，更蕴含着巨大的商业价值。
与传统的晶硅电池相比，钙钛矿电池具有显著的成本和效率优势。
钙钛矿电池
钙钛矿电池的生产成本仅为晶硅电池的三分之一，这是因为钙钛矿材料可以通过溶液法制造，工艺简单且能耗低。
而且钙钛矿电池的效率有很大的提升空间，现在实验室中的钙钛矿电池效率最高已达到33.9%，远高于晶硅电池29.4%的理论极限。
钙钛矿材料具有柔性化特性，可以制成柔性薄膜，应用于更多创新场景，比如发电玻璃、可折叠充电毯、手机太阳膜等。
钙钛矿材料
山东、江苏等地已建成百兆瓦级产线，协鑫光电更是建成了全球首条100MW量产线。
可以说钙钛矿太阳能电池就是一种未来科技，而我国已经已经率先迈进未来。
未来的能源格局
我国在钙钛矿太阳能电池领域的突破，不仅是一次技术上的胜利，更展现我国精益求精的科研范式力量。
与欧美国家主导的晶硅电池技术路线不同，中国科学家从底层机制出发，通过材料-结构-工艺的协同创新，实现了“换道超车”。
晶硅电池
在产业化过程中，我国还探索出了一条独特的生态链建设模式。
以山东为例，当地通过创新链、产业链、资金链、人才链“四链协同”打造了钙钛矿产业带。
金晶科技等企业突破了TCO玻璃等“卡脖子”技术，为钙钛矿电池的量产提供了关键材料支持。
此外电子科技大学等研究团队在倒置结构、添加剂优化等方向同步推进，实现了模块1000小时稳定性的突破。
太阳能电池研发
作为一种低成本、高效率的光伏技术，钙钛矿电池也为全球碳中和目标提供了新的解决方案。
特别是在发展中国家，钙钛矿电池的低成本和适应性使其成为推动绿色能源转型的重要工具。
结语
我国在钙钛矿太阳能电池领域的突破，标志着这一“未来之光”正逐渐走向现实。
从揭示“光机械诱导分解效应”到开发石墨烯-聚合物保护层技术，我国科学家用颠覆性创新解决了钙钛矿电池的寿命难题。
随着技术转化和产业化的加速，钙钛矿电池有望在未来几年内实现大规模应用，重塑人类利用太阳能的未来图景。
从实验室到千家万户，钙钛矿太阳能电池的“遥遥领先”之路，正在为人类创造一个更加清洁、可持续的未来。
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信息来源：人民日报 2025年03月09日 世界首次!我国成功破解难题!刷新科学界认知
中国教育报 2025-03-10 突破！我国高校科研团队攻克钙钛矿电池“短命”难题
