一、 【科学背景】
钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本而备受关注，但其稳定性和耐久性仍是主要挑战。传统的钙钛矿薄膜在光照、热和湿度条件下容易降解，导致性能下降。为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率，研究者们探索了多种材料和方法，其中石墨烯及其衍生物的应用显示出显著潜力。华东理工大学的杨双和侯宇教授为通讯作者，团队采取了一种科学的方法将单层石墨烯与聚合物结合，形成一种复合材料，用于增强钙钛矿晶格的稳定性。具体方法是将石墨烯通过聚合物连接到钙钛矿晶格上，以减少光诱导的膨胀和由此导致的太阳能电池损伤。这种复合材料不仅提高了钙钛矿晶格的机械稳定性，还改善了电荷传输效率。这种创新方法不仅提高了太阳能电池的使用寿命，还保持了其高效率，为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的可能性。相关研究成果以“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”为题目发表在国际顶级期刊Science上。
二、【科学贡献】
图1 . 制造单片石墨烯-过氧化物异质结。© 2025 Science
图2 过氧化物薄膜的机械特性。© 2025 Science
图3 光伏性能和设备稳定性。© 2025 Science
图4 薄膜的微观结构演变。© 2025 Science
图5 过氧化物薄膜的光电特性。© 2025 Science
三、【 创新点】
1．通过将石墨烯与聚合物结合，形成了一种新型复合材料，用于增强钙钛矿晶格的稳定性。
- 该复合材料显著提高了钙钛矿太阳能电池在光照和热条件下的耐久性。
- 石墨烯的高导电性改善了电荷传输效率，从而提高了太阳能电池的整体性能。
四、【 科学启迪】
本文发现，在环境应力作用下，晶格变形是导致钙钛矿多晶薄膜晶界（GB）损坏和结构退化的一个重要因素，而这一问题长期以来在该领域一直被忽视。通过研究表明，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）耦合单层石墨烯界面的协同效应，可以抑制这种软晶格动力学，从而使钙钛矿薄膜具备高模量、大硬度、回弹韧性、紧密互连等机械特性以及物理保护。其中，石墨烯作为增强基底，PMMA 作为粘合介质。实验观察到的动态结构演变以及计算模型的结果都证明了混合界面在工作条件下控制晶格变形和横向离子迁移的实用性。因此，这种混合界面能够使钙钛矿器件在各种环境下（如光浸泡、高温、环境空气和真空条件下）实现长期稳定高效的运行。由于钙钛矿材料本身比较脆弱，使用紧密耦合且坚韧的石墨烯可以解决应力问题，从而在柔性器件中防止由应力引起的损坏和裂纹扩展。随着二维材料的发展，这种策略有望与大面积石墨烯相结合，为钙钛矿器件的进一步发展提供新的思路。
原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu5563
