每經記者｜朱成祥    每經編輯｜董興生    

近日，華東理工大學材料學院清潔能源材料與器件團隊侯宇教授、楊雙教授等人在《科學（Science）》發(fā)表題為“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”的最新研究成果。

據(jù)了解，該研究揭示了新型光伏不穩(wěn)定性的關鍵機制——“光機械”誘導分解效應，提出石墨烯-聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法，制備的太陽能電池器件在標準太陽光照及高溫下的T97（效率保持97%）的工作壽命，創(chuàng)下3670小時新紀錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽電池的產業(yè)化應用提供全新解決方案。

一位國內頭部高校從事鈣鈦礦電池方向研究的教授告訴《每日經濟新聞》記者：“這項研究相對于之前的鈣鈦礦電池，在穩(wěn)定性方面還是有提升的。但實際應用還是需要在實際場景中檢驗這項技術的真正壽命，比如能否在實際環(huán)境中做到效率一年不降解，或者最多下降到99%。”

3月11日，《每日經濟新聞》記者致電華東理工大學侯宇教授，不過其未能接受采訪。

創(chuàng)下鈣鈦礦電池“壽命”新紀錄

根據(jù)國海證券研報，鈣鈦礦電池的使用壽命較大程度受制于穩(wěn)定性，成為產業(yè)化主要挑戰(zhàn)。太陽能電池的發(fā)電能力一般會隨工作時間的增加而逐步減弱，維持一定的基本轉換效率水平的時間就是電池的壽命，在一定的初始成本下，太陽能電池的壽命越長，生命周期累計發(fā)電量就越多，度電成本（LCOE）也越低。

但由于鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性較差，使用壽命相對較短，早期僅有幾分鐘，在過去的報道中，一般較長的也僅有幾千小時，而當下晶硅電池的壽命長達25年以上，因此穩(wěn)定性成為鈣鈦礦電池產業(yè)化的主要挑戰(zhàn)。

民生證券研報也顯示，一直以來，效率、大面積和穩(wěn)定性是鈣鈦礦電池商業(yè)化應用的難點。隨著鈣鈦礦電池轉換效率達到18%以上，實際已經具備初步商業(yè)化條件，但壽命及穩(wěn)定性尚未得到充分驗證和大面積制備的難題依然存在。

可以看出，鈣鈦礦電池產業(yè)化最大的阻力便是電池壽命及穩(wěn)定性。

而此次中國科學家取得的突破，主要體現(xiàn)在“壽命”上，即標準太陽光照及高溫下的T97（效率保持97%）工作壽命達到3670小時。

那么，工作壽命提升是怎樣做到的？

侯宇在接受媒體采訪時認為，該研究成果的重要意義在于揭示了光伏性能退化的未知關鍵因素——“光機械作用”，從根本上理解了鈣鈦礦薄膜在實際應用過程中出現(xiàn)的動態(tài)結構損傷及其強化調控原理，為克服穩(wěn)定性瓶頸、推動鈣鈦礦器件的工業(yè)化生產和應用提供了新的解決方案。通過石墨烯“加層”強化，經過后續(xù)成果向光伏產業(yè)轉化，鈣鈦礦電池組件的使用壽命有望大幅延長。

穩(wěn)定性與晶硅電池仍有差距

那么，上述技術創(chuàng)新對鈣鈦礦電池產業(yè)化有何意義？

一位不愿具名的鈣鈦礦電池廠商高管認為：“鈣鈦礦未探明的機理很多，每年的《科學》和《自然》文章也不少。”不過其也表示，“沒有這么多底層創(chuàng)新，鈣鈦礦也不會發(fā)展這么快。只是說，不能指望一篇Paper（文章）就有跨越式突破。全球幾千個課題組，是鈣鈦礦活力之源”。

協(xié)鑫光電董事長范斌也對記者表示：“（提高穩(wěn)定性）是個復雜的系統(tǒng)工程，不是一篇論文能解決的。”

目前，主流的晶硅電池，是經過高溫制備的材料，因此穩(wěn)定性非常好。據(jù)民生證券研報，穩(wěn)定性方面，目前鈣鈦礦電池持續(xù)光照時間最長約10000小時，若按平均日照時長4小時計算，理論壽命僅6.8年，遠低于晶硅電池25年至30年的理論壽命。

民生證券分析稱，主要是因為晶硅“堅如磐石”的分子結構，加工難度高，耗能也高，但穩(wěn)定性和耐用性也極高。而鈣鈦礦是一種軟離子晶體，其結構在高濕度下易分解；生成溫度較低，逆分解所需能量也較低，存在不耐高溫、不耐光照等缺陷，造成組件效率降低甚至失效，其穩(wěn)定性遠不如金剛石結構的晶硅。

以平均日照時長4小時計算，上述研究達成T97工作壽命創(chuàng)下3670小時紀錄，理論上，約2.5年后仍能保持初始效率的97%以上。

封面圖片來源：每經記者 朱成祥 攝