寿命提升至3670小时！拉曼技术助钙钛矿电池成功改造 | 技术头条

钙钛矿电池拥有广阔的应用潜力

钙钛矿薄膜在电场、温度和光照等影响下，会发生晶格形变与结构演变，制约了钙钛矿太阳能电池的工作寿命。华东理工大学侯宇团队对此展开研究，首次提出：钙钛矿内部存在的动态局域应力是导致晶界出现缺陷的关键。为解决这一问题，团队利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），将单层石墨烯与钙钛矿薄膜结合，形成机械增强界面。检测结果表明，这种新型界面不仅将形变率从 0.31% 降至  0.08%，还有效阻止了横向离子扩散。 经过改造，该器件在 90℃ 高温的条件下，T97* 寿命提升到了 3670 小时，这一成绩刷新了钙钛矿电池稳定性的纪录。

*T97 寿命是指钙钛矿太阳能电池在特定条件下（如标准太阳光照及高温环境），其光电转换效率衰减至初始效率的 97% 以上时所能持续运行的时间。

研究过程中，拉曼光谱技术发挥了不可或缺的作用。

在判断材料质量方面，研究人员通过拉曼特征 G 峰（1585 cm⁻¹）观察材料结构，确认所使用的石墨烯是高质量的单层结构。随后，团队用拉曼面扫描（mapping）技术进一步证实了该石墨烯在钙钛矿表面分布得非常均匀。

左图为（I）钙钛矿薄膜、（II）钙钛矿/石墨烯复合薄膜、（III）钙钛矿/ PMMA /石墨烯复合薄膜的拉曼光谱图；右图为单层石墨烯与耦合到钙钛矿薄膜表面单层石墨烯的 G 峰拉曼面扫描图谱

在观测晶格变化方面，研究人员借助波数低于 60 cm⁻¹ 的低波数原位拉曼光谱，发现钙钛矿在光照后，其拉曼峰出现了展宽与分裂现象。结合 XRD（X 射线衍射）检测结果分析可知，这一现象是由拉伸应变与晶格膨胀共同作用引发的。此外，拉曼信号变化还表明，带有 PMMA/石墨烯保护的钙钛矿薄膜在整个光辐照过程中基本维持稳定状态，进一步证明了该界面能够有效抑制晶格形变。

左图组为采用不同缓冲层的半器件在白光 LED 照射下的原位拉曼光谱；右图为改造前后的材料在光照条件下的拉曼光谱变化

钙钛矿电池稳定性的突破，意味着其能够真正走向实际应用。预计到 2025 年，国内钙钛矿产能将达 7.4 GW，未来甚至有可能替代部分晶硅电池，重塑光伏产业格局。拉曼光谱技术凭借其“火眼金睛”，更是确保了这场光伏革命的每一个成果都扎实可信。

（华东理工大学团队的研究成果已发表在《Science》，点此可查看更多研究详情。本文部分内容参考公众号：EV WallBox）

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