中国科学家取得新突破！钙钛矿电池寿命创新纪录，产业化机会来了吗？

近日，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、杨双教授等人在《科学（Science）》发表题为“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”的最新研究成果。

据了解，该研究揭示了新型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，制备的太阳能电池器件在标准太阳光照及高温下的T97（效率保持97%）的工作寿命，创下3670小时新纪录，该研究成果将为钙钛矿太阳电池的产业化应用提供全新解决方案。

一位国内头部高校从事钙钛矿电池方向研究的教授告诉《每日经济新闻》记者：“这项研究相对于之前的钙钛矿电池，在稳定性方面还是有提升的。但实际应用还是需要在实际场景中检验这项技术的真正寿命，比如能否在实际环境中做到效率一年不降解，或者最多下降到99%。”

3月11日，《每日经济新闻》记者致电华东理工大学侯宇教授，不过其未能接受采访。

创下钙钛矿电池“寿命”新纪录

根据国海证券研报，钙钛矿电池的使用寿命较大程度受制于稳定性，成为产业化主要挑战。太阳能电池的发电能力一般会随工作时间的增加而逐步减弱，维持一定的基本转换效率水平的时间就是电池的寿命，在一定的初始成本下，太阳能电池的寿命越长，生命周期累计发电量就越多，度电成本（LCOE）也越低。

但由于钙钛矿电池的稳定性较差，使用寿命相对较短，早期仅有几分钟，在过去的报道中，一般较长的也仅有几千小时，而当下晶硅电池的寿命长达25年以上，因此稳定性成为钙钛矿电池产业化的主要挑战。

民生证券研报也显示，一直以来，效率、大面积和稳定性是钙钛矿电池商业化应用的难点。随着钙钛矿电池转换效率达到18%以上，实际已经具备初步商业化条件，但寿命及稳定性尚未得到充分验证和大面积制备的难题依然存在。

可以看出，钙钛矿电池产业化最大的阻力便是电池寿命及稳定性。

而此次中国科学家取得的突破，主要体现在“寿命”上，即标准太阳光照及高温下的T97（效率保持97%）工作寿命达到3670小时。

那么，工作寿命提升是怎样做到的？

侯宇在接受媒体采访时认为，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——“光机械作用”，从根本上理解了钙钛矿薄膜在实际应用过程中出现的动态结构损伤及其强化调控原理，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。通过石墨烯“加层”强化，经过后续成果向光伏产业转化，钙钛矿电池组件的使用寿命有望大幅延长。

稳定性与晶硅电池仍有差距

那么，上述技术创新对钙钛矿电池产业化有何意义？

一位不愿具名的钙钛矿电池厂商高管认为：“钙钛矿未探明的机理很多，每年的《科学》和《自然》文章也不少。”不过其也表示，“没有这么多底层创新，钙钛矿也不会发展这么快。只是说，不能指望一篇Paper（文章）就有跨越式突破。全球几千个课题组，是钙钛矿活力之源”。

协鑫光电董事长范斌也对记者表示：“（提高稳定性）是个复杂的系统工程，不是一篇论文能解决的。”

目前，主流的晶硅电池，是经过高温制备的材料，因此稳定性非常好。据民生证券研报，稳定性方面，目前钙钛矿电池持续光照时间最长约10000小时，若按平均日照时长4小时计算，理论寿命仅6.8年，远低于晶硅电池25年至30年的理论寿命。

民生证券分析称，主要是因为晶硅“坚如磐石”的分子结构，加工难度高，耗能也高，但稳定性和耐用性也极高。而钙钛矿是一种软离子晶体，其结构在高湿度下易分解；生成温度较低，逆分解所需能量也较低，存在不耐高温、不耐光照等缺陷，造成组件效率降低甚至失效，其稳定性远不如金刚石结构的晶硅。

以平均日照时长4小时计算，上述研究达成T97工作寿命创下3670小时纪录，理论上，约2.5年后仍能保持初始效率的97%以上。