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）》發表題為“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”的最新研究成果。

據了解，該研究揭示了新型光伏不穩定性的關鍵機制——“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，創下3670小時新紀錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽電池的產業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。

創下鈣鈦礦電池“壽命”新紀錄

根據國海證券研報，鈣鈦礦電池的使用壽命較大程度受制于穩定性，成為產業化主要挑戰。太陽能電池的發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，生命周期累計發電量就越多，度電成本（LCOE）也越低。

但由于鈣鈦礦電池的穩定性較差，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，因此穩定性成為鈣鈦礦電池產業化的主要挑戰。

民生證券研報也顯示，一直以來，效率、大面積和穩定性是鈣鈦礦電池商業化應用的難點。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化條件，但壽命及穩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，鈣鈦礦電池產業化最大的阻力便是電池壽命及穩定性。

而此次中國科學家取得的突破，主要體現在“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的動態結構損傷及其強化調控原理，為克服穩定性瓶頸、推動鈣鈦礦器件的工業化生產和應用提供了新的解決方案。通過石墨烯“加層”強化，經過后續成果向光伏產業轉化，鈣鈦礦電池組件的使用壽命有望大幅延長。

穩定性與晶硅電池仍有差距

那么，上述技術創新對鈣鈦礦電池產業化有何意義？

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，“沒有這么多底層創新，鈣鈦礦也不會發展這么快。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”。

協鑫光電董事長范斌也對記者表示：“（提高穩定性）是個復雜的系統工程，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，因此穩定性非常好。據民生證券研報，穩定性方面，目前鈣鈦礦電池持續光照時間最長約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