【太阳能电池】钙钛矿+石墨烯 中国团队新成果登上-科学-

　　上证报中国证券网讯（记者王玉晴）北京时间3月7日，华东理工大学材料学院清洁能源材料与器件团队侯宇教授、杨双教授等在《Science》（《科学》）发表 石墨烯 -聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法。这一方法用来处理“钙钛矿 太阳能 电池稳定性差”这一关键难题。

　　华东理工大学官方微信公众号发文介绍称，该研究发现了钙钛矿光伏不稳定性的关键机制——光机械诱导分解效应，提出 石墨烯 -聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法。使用这种方法制备的 太阳能 电池器件在标准太阳光照及高温下的T97工作寿命创下3670小时新纪录。该研究成果有望为钙钛矿 太阳能 电池的产业化应用提供全新解决方案。

　　坚硬的 石墨烯 有望提升钙钛矿光伏寿命

　　这篇题为《Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells》（《 石墨烯 -聚合物增强钙钛矿晶格用于耐用 太阳能 电池》）的论文，由华东理工大学作为唯一通讯单位，通讯作者为侯宇教授和杨双教授，第壹作者为该校材料学院博士研究生李庆。

　　要处理钙钛矿材料不稳定问题，第壹要了解其不稳定的原因。该研究团队正是从“新原因”，找到了新的解决方法。

　　华东理工大学发文介绍，传统理论认为，光、热等原因直接引起钙钛矿的氧化还原、离子迁移等分解行为。

　　而该研究团队发现，在太阳光照下，钙钛矿材料表现出明显的光致伸缩效应，膨胀比例可超过1%。这造成钙钛矿晶体之间发生挤压，并在晶界附近积累局部应力，加速了晶界区域的缺陷形成，造成了 钙钛矿电池 的性能损失。

　　“我们发现，该类‘动态应力’才是诱发材料分解的元凶，这就是光机械诱导分解效应。”侯宇在华东理工大学文章中称。

　　为应对光机械诱导分解效应， 石墨烯 登场了。

　　 石墨烯 具有约1 TPa的超高模量（指超强的抵抗形变能力），是钙钛矿材料模量的50-100倍，且具有均匀致密、耐机械疲劳和化学稳定的优点。

　　该团队发现，可以通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物界面耦联方式，将单层整片 石墨烯 组装到钙钛矿薄膜表面，从而实现两者的高均匀度、多功能性集成。

　　图 石墨烯 -聚合物耦合双层界面结构，实现兼具高强度、高韧性和优异电荷输运特性的钙钛矿薄膜材料来源：华东理工大学

　　通过 石墨烯 的约束，光照条件下的钙钛矿晶格动态伸缩效应被明显限制。研究表明， 石墨烯 -聚合物双层结构将晶格变形率从+0.31%降低至+0.08%，有效减少了晶界附近由膨胀造成的材料破坏。

　　图 石墨烯 -聚合物耦合界面实现钙钛矿 太阳能 电池工况寿命的新突破来源：华东理工大学

　　通过动态结构演变实验和计算模型相结合，研究团队验证了该耦合界面结构在工作条件下，能够有效抑制晶格变形和横向离子扩散，从而确保钙钛矿器件在光照、高温及真空等环境下的长期稳定性。基于这一设计，太阳电池在标准太阳光照及高温（90℃）条件下，T97工作寿命（效率衰减至97%）达到3670钟头。

　　图团队成员测试钙钛矿 太阳能 电池光电性能来源：华东理工大学

　　侯宇认为，该研究成果的重要意义在于揭示了光伏性能退化的未知关键因素——“光机械诱导分解效应”，从根本上理解了钙钛矿薄膜在实际应用进程中出现的动态结构损伤及其机械强化调控原理，为克服稳定性瓶颈、推动钙钛矿器件的工业化生产和应用提供了新的解决方案。

　　中国钙钛矿研究频登顶刊业界持续看好应用前景

　　作为全球钙钛矿光伏研究的重要力量，2025年以来，中国团队的钙钛矿光伏研究屡次登上《Science》《Nature》系列期刊等顶级期刊。

　　例如，今年1月，仁烁光能联合南京大学研发团队在全钙钛矿叠层 太阳能 电池领域取得的科研成果发表于《Nature Materials》。

　　该研究将全钙钛矿叠层 太阳能 电池光电转换效率提高至29.1%，刷新了全钙钛矿叠层太阳电池的世界纪录。该效率已经被收录于 太阳能 电池世界纪录效率表《Solar Cell Efficiency Tables》（Version 63）中。

　　另外，今年以来，华中科技大学团队对全钙钛矿叠层 太阳能 电池的研究刊发于《Nature Photonics》；南方科技大学学者等对 钙钛矿电池 中电子传输材料的研究登上《Nature Materials》。

　　在2024年10月，由《Nature》系列杂志联合南京大学、仁烁光能主办的“钙钛矿和有机光伏——从研究到产业化”大会在南京举办。这是《Nature》第壹次在我国举办钙钛矿相关会议，展现出中国学界在这一领域的研究热度。

　　在产业界，钙钛矿光伏在地面电站、 光伏建筑一体化 等领域的应用前景已经被广为讨论。

　　除此之外，记者了解到，中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高曾在今年2月分析，钙钛矿 太阳能 电池可能会是深刻影响 新能源 汽车行业的补能技术。

　　他认为，相比刚性晶硅电池，钙钛矿薄膜电池可以铺在整个车身，覆盖面积达到10平米，相较晶硅光伏的覆盖面积增加5倍。采用这项技术，可每日为车辆提供6至8度电，足够满足单日上下班的基本需要。

　　欧阳明高预测，随着全 固态电池 量产、钙钛矿薄膜应用、充电基础设施和车网互动智慧能源全面的普及，绿电将成为充电主体电源，国内外 新能源 汽车总销量有望接近3000万辆，保有量预计在2至3亿辆之间，这标志着 新能源 汽车革命基本成熟。