《前沿 | 我国科研团队成功找到延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: 胡思思
  • 发布时间:2025-03-12
  • 钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本、轻量化等特点,被视为未来光伏技术的重要方向。然而,这类电池存在一个关键问题——稳定性较差,难以长期使用。3月7日,华东理工大学的一项研究成功破

    解了这一难题,相关成果已发表在国际顶级期刊《科学》(Science)。据悉,科研团队成功找到延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法,这项“命短”难题的破

    解,让人类距离用上更便宜、更轻薄的太阳能板又近了一大步。

    钙钛矿太阳能电池被称作“未来之光”,它不仅能像传统硅电池一样发电,还能做成薄如纸张、可弯曲的形态,甚至能贴在衣服或窗户上使用。但多年来,这种电池有个致命弱点:在阳光下用不了多久就会“衰老”,使用寿命远达不到实际应用要求。

    研究团队揭开了这个“短命”谜团。研究发现,钙钛矿材料在阳光照射下会像气球一样反复膨胀收缩,时间一长就会“内伤”破裂。这种材料遇光会膨胀超过1%,内部晶体相互挤压产生破坏力,就像反复折叠的纸最终会断裂一样。

    科研人员想出了一个妙招——给材料穿“防弹衣”。他们用世界上最坚硬的材料之一石墨烯,加上特殊透明塑料,制成只有头发丝万分之一的超薄保护层。实验证明,这层“防护服”能让材料抗压能力翻倍,把膨胀幅度从0.31%降到0.08%,就像给易碎品加了抗震包装。

    经过严格测试,装上这种保护层的太阳能电池创下新纪录:在模拟日常使用的强光高温环境下,持续工作3670小时(约153天)后,仍能保持97%的发电效率。这是目前同类电池中最长的稳定工作时间,意味着实际应用成为可能。

    这项突破不仅给出解决方案,更颠覆了科学界认知。过去十年,全球科学家主要从材料配方改良入手,而华东理工团队首次发现“物理损伤”这个隐藏杀手,为后续研究打开新方向。相关专家表示,这项工作重新定义了提升稳定性的技术路径。

    研究团队透露,该技术已开始与企业合作试验。一旦量产,将带来革命性变化:建筑外墙的发电玻璃、可折叠的户外充电毯甚至给手机充电的太阳膜都可能成为现实。据估算,钙钛矿电池生产成本仅为硅电池的1/3,发电效率还有提升空间。

    随着稳定性瓶颈的突破,这项“实验室里的未来科技”正加速走向千家万户,为全球绿色能源转型提供“中国方案”。

  • 原文来源:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu5563
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    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-03-07
    • 钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本、轻量化等特点,被视为未来光伏技术的重要方向。然而,这类电池存在一个关键问题——稳定性较差,难以长期使用。3月7日,华东理工大学的一项研究成功破解了这一难题,相关成果已发表在国际顶级期刊《科学》(Science)。据悉,科研团队成功找到延长钙钛矿太阳能电池寿命的关键方法,这项“命短”难题的破解,让人类距离用上更便宜、更轻薄的太阳能板又近了一大步。钙钛矿太阳能电池被称作“未来之光”,它不仅能像传统硅电池一样发电,还能做成薄如纸张、可弯曲的形态,甚至能贴在衣服或窗户上使用。但多年来,这种电池有个致命弱点:在阳光下用不了多久就会“衰老”,使用寿命远达不到实际应用要求。 研究团队揭开了这个“短命”谜团。研究发现,钙钛矿材料在阳光照射下会像气球一样反复膨胀收缩,时间一长就会“内伤”破裂。这种材料遇光会膨胀超过1%,内部晶体相互挤压产生破坏力,就像反复折叠的纸最终会断裂一样。 科研人员想出了一个妙招——给材料穿“防弹衣”。他们用世界上最坚硬的材料之一石墨烯,加上特殊透明塑料,制成只有头发丝万分之一的超薄保护层。实验证明,这层“防护服”能让材料抗压能力翻倍,把膨胀幅度从0.31%降到0.08%,就像给易碎品加了抗震包装。经过严格测试,装上这种保护层的太阳能电池创下新纪录:在模拟日常使用的强光高温环境下,持续工作3670小时(约153天)后,仍能保持97%的发电效率。这是目前同类电池中最长的稳定工作时间,意味着实际应用成为可能。 这项突破不仅给出解决方案,更颠覆了科学界认知。过去十年,全球科学家主要从材料配方改良入手,而华东理工团队首次发现“物理损伤”这个隐藏杀手,为后续研究打开新方向。相关专家表示,这项工作重新定义了提升稳定性的技术路径。 研究团队透露,该技术已开始与企业合作试验。一旦量产,将带来革命性变化:建筑外墙的发电玻璃、可折叠的户外充电毯甚至给手机充电的太阳膜都可能成为现实。据估算,钙钛矿电池生产成本仅为硅电池的1/3,发电效率还有提升空间。 随着稳定性瓶颈的突破,这项“实验室里的未来科技”正加速走向千家万户,为全球绿色能源转型提供“中国方案”。
  • 《【Joule】物理学家延长钙钛矿太阳能电池的使用寿命》

    • 来源专题:新能源汽车
    • 编译者:王晓丽
    • 发布时间:2024-07-11
    • 硅在目前的商用太阳能电池行业中占主导地位,它具有成本低、效率高和寿命长的优点。但是,正如托莱多大学赖特光伏创新和商业化中心的研究人员反复证明的那样,金属卤化物过氧化物是一种很有前途的替代品。过氧化物成本更低。2022 年,赖特中心的研究人员及其合作者在 nature 杂志上使用全包晶串联太阳能电池证明了这一点。它们的潜在寿命也在延长,这部分归功于赖特中心研究人员开发的一种创新方法,该方法提高了它们的耐用性,并于 2023 年发表在 Science 杂志上。 现在,赖特中心的研究人员正专注于这些细胞的稳定性,继续努力延长它们的工作寿命,并消除它们商业化的最后障碍。在发表于 Joule 杂志的最新研究中,他们描述了对串联电池中一个关键部件的化学结构所做的调整,从而使其能够连续发电超过 1000 小时。 "采用传统空穴传输层的最先进的全长晶串联电池只能连续工作数百小时,"该研究的共同作者、UToledo 大学物理和天文学系助理教授宋兆宁博士说。 "我们的创新延长了这些设备的稳定性,推动了全过氧化物串联技术的发展,使其更接近实际应用。 空穴传输层是太阳能电池的重要组成部分,其最简单的形式是由两个堆叠的半导体组成,通过复杂的电子转移产生电力。空穴传输层收集被称为 "空穴 "的带正电荷的粒子,是提高电子转移过程效率不可或缺的部分。 但长期以来,研究人员一直注意到与低带隙锡铅包晶的空穴传输层有关的一个复杂问题--即传统的空穴传输层会与这种情况下的半导体发生化学反应,腐蚀面板并影响其稳定性。 这一点意义重大,因为低带隙锡铅包晶石是全包晶石串联太阳能电池的重要组成部分,这种将两个包晶石太阳能电池叠加在一起的排列方式对研究人员很有吸引力,因为它能提高装置产生的总电功率。全包晶串联太阳能电池包含一个宽带隙顶部电池和一个低带隙底部电池,利用太阳光谱的不同部分发电。 研究人员找出了低带隙电池的腐蚀源,并引入了带有酸解常数较高的胡罗卜素基的非常规空穴传输层。这种新的空穴传输层抑制了导致腐蚀的去质子化过程,最终将串联单元的寿命延长到 1000 小时以上,效率损失低于 3%。 原文链接:: Sheng Fu et al, Suppressed deprotonation enables a durable buried interface in tin-lead perovskite for all-perovskite tandem solar cells, Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.05.007