三年前,趙清煙也在同一個論壇談鈣鈦礦材料。當時反式元件的效率還落在傳統結構後面。這次回來,他先指出變化:反式元件已經追上,部分紀錄甚至超前,壽命表現也改善了。
他接著翻出一篇篇高效率研究,反覆追問研究團隊究竟改了哪裡。隨著效率差距縮小,答案逐漸從吸光配方移到電荷離開吸收層時經過的接觸位置。
一片鈣鈦礦電池由許多薄層疊成。中間的吸收層把光轉成電荷,上下兩側的接觸層分別把電洞和電子導出元件。反式(p–i–n)結構調換了接觸層的排列順序;底部接觸怎麼鋪、表面缺陷怎麼處理,材料在操作中會不會移動,都會反映在電壓與壽命上。
趙清煙先談電洞傳輸側。演講把傳輸材料、薄膜受熱後的結構和發光變化放在一起。接觸層影響電荷能否順利離開,也會牽動薄膜受熱、照光後的狀態。
他接著把視線拉到鈣鈦礦的上表面。晶體表面若有原子沒有完整鍵結,電荷就容易在這裡流失,移動中的離子也可能與這些位置互相作用。缺陷處理前後的發光、電壓和正反向掃描差異,因而不只反映剛做完元件時的表現,也會透露操作中的離子移動。
再往下,是吸收層與底部接觸之間。反式元件常在底部鋪一層會自己排列的分子,厚度大約只有一個分子。分子若先抱成團,真正需要接觸的底部便會留下空隙;老化時,晶界又可能成為它們往上移動的通道。電荷要從這裡離開,接觸不均就會變成新的損失來源。
2026 年一篇 Nature Communications 研究把這個問題拆得更細。研究團隊在分子一側加入體積較大的苯基,讓原本較平的咔唑核心不容易面對面堆疊,聚集因此減少;另一種可交聯成分則沿晶界進入薄膜,在低溫下把移動路徑固定下來。
這項研究的元件取得 27.03% 認證效率;在 65°C、連續最大功率點追蹤 2,000 小時後,仍保留超過 96% 的初始效率。趙清煙談的覆蓋問題,在這個案例裡有了具體位置:分子不只要進入配方,成膜後還得留在底部。
趙清煙沒有把答案停在一種分子。他後面還列出增加錨定點、讓兩種分子一起排列,以及把接觸層交聯固定等做法。有人先處理起始覆蓋,有人分配兩種分子的功能,也有人盯著接觸層加熱後會不會鬆動。
到了供應端,工作也不只是在型錄加入一個新分子。研究團隊為特定界面設計材料;供應商要把它重複合成、純化與分析,還要維持不同批次的品質。機光科技公開頁列出的工作包括合成、純化、昇華與材料分析,也列出 50–500 L 反應器和公司整體每月一噸的合成能力。這個數字涵蓋機光的整體材料業務,不能直接當成鈣鈦礦材料月產量。
機光科技到最後才正式出場。前面那些聚集、底部空隙和受熱後的移動,到了供應端會變成很實際的要求:一批材料合成出來後能不能純化到相同程度,下一批是否維持一致,放大後還能不能解決原來那個界面問題。趙清煙最後留下的成本、壽命與製程整合,就落在這些工作上。
資料來源與補充
演講與產業脈絡
- TPRIA:反式結構走向主流,材料與界面工程成量產關鍵:主辦單位的逐場整理,涵蓋反式結構、SAM 覆蓋、離子遷移與材料供應。
- TPRIA:趙清煙/機光科技講師介紹:講者、公司與演講主題。
- 機光科技鈣鈦礦材料目錄:按元件結構與材料功能整理的公司產品範圍。
- 機光科技公司介紹:公司公開的合成、純化、昇華、分析設備與整體產能資訊。
延伸理解界面問題的原始研究
- Zhuang 等人,Nature Communications(2026):自組裝分子的立體結構、聚集、垂直分布、原位交聯及文中所列效率與穩定性條件。