若宮淳志的演講一開始,先把京都大學的材料研究連到 EneCoat 的實用化工作。EneCoat 的公開資料顯示,這家公司於 2018 年成立,研究基礎正來自若宮實驗室;若宮也是共同創辦人。

這個背景解釋了整場演講的提問方式。他把高效率視為起點,接著追問學術成果進入生產後,為什麼同一份配方換了一批原料、放大一個面積,結果就可能開始漂移。

答案被他一路往前追,最後停在一個看似很小的地方:前驅物裡的微量水。

一個微量變因,會沿著整條製程留下痕跡

若宮以鹵化鉛的品質說明,化學品標示相同純度,不代表進入製程時處於相同狀態。微量水會改變溶液中的配位與後續結晶;演講也提到,經過脫水或純化,批次重現性可以改善。

接下來的薄膜形成,使這個影響逐步放大。前驅物先和溶劑形成配位狀態,反溶劑促使成核並形成帶有溶劑的中間體,最後才在加熱中轉成深色的鈣鈦礦晶相。肉眼只看到薄膜變黑,材料內部已經完成了一連串競爭:晶核在哪裡出現、晶體長得多快、溶劑何時離開。

因此,「相同配方」至少有兩層意思。成分、濃度與比例可以相同,原料含水、儲存和配製歷史卻可能不同。研究室裡,差異會變成幾片表現不佳的元件;到了生產端,它會變成整批分布、返工與報廢。

這也是若宮演講中最有辨識度的一點:量產控制不從塗佈機開始。若進料規格沒有抓到真正影響結晶的材料狀態,工程師會反覆調整轉速、溫度與退火時間,卻一直在補償一個沒有被辨認的上游變因。

放大,是把同一條結晶路徑維持在更大的空間裡

小面積旋塗時,研究者可以靠經驗掌握反溶劑時機,再從基板上挑出可用區域。當製程轉向印刷、捲對捲或氣體淬火,人手掌握的瞬間必須變成可重複的製程窗口。

面積增加後,溫度、氣流與溶劑揮發會沿著基板形成梯度。一個時間上的偏移,會在膜面留下空間差異。放大的核心於是變成:能否讓不同位置的材料,仍沿著相同的中間體與結晶路徑前進。

演講後段再把這條控制鏈延伸到 p–i–n 元件。入光側的電洞選擇性接觸必須薄且透明,又要有效輸送電荷;若宮比較傳統聚合物與超薄自組裝分子接觸,也談到用多個錨定基團改善界面作用。到了雷射劃線模組,局部薄膜和界面波動還可能被串聯結構放大。

若宮團隊 2023 年的 JACS 論文提供了直接例子:具有多個膦酸錨定基團的分子,會以較貼近電極表面的方向排列;只有單一錨點的分子則比較傾斜。這個方向差異會影響電洞能否順利離開鈣鈦礦層。於是「多個錨點」不只是分子結構上的變化,而是把界面排列變成可設計的參數。

前驅物、結晶、接觸層與模組因而不是四個分散題目。它們共同回答一件事:材料經過每一道轉換後,原本建立的可重現性有沒有被保留下來?

演講最後幾分鐘,若宮又把視線從晶體和界面拉到應用示範、工廠與團隊擴張。這段近況把整場演講的評量尺度推到製造端:前面的材料控制,最後必須能支撐實際製造與交付。

其中一項應用已有原始論文可回查。若宮團隊 2023 年以內應力互相抵銷的雙層 ITO,在 4 微米 PEN 薄膜上製作鈣鈦礦元件;經過 1,000 次彎折後,仍保留初始效率的 95%。這個案例的重點不是再添一筆效率紀錄,而是說明應用一旦要求超薄與可彎折,電極應力與基板變形便會加入整條製程控制鏈。

從理解結晶,到守住跨批次良率

若宮團隊 2014 年的晶體學研究已直接連結鹵化鉛錯合物、含水與鈣鈦礦形成。演講之外,2025 年有兩項研究把同一類控制問題推向大面積製程:一個中國與法國團隊以結晶調控做出 56.5 平方公分有效面積、認證效率 20.3% 的 slot-die mini-module;德國 KIT 的另一個團隊則利用成膜期間的光學訊號與深度學習預測效率。

現在的難題已經從「看不看得到結晶」,移到同一套指標換了配方、設備與原料批次後,是否仍然有效。一片大面積元件的最高值能證明某次成功;跨批次分布與換料後的結果,才說明這條結晶路徑是否已經走進製造。若宮從前驅物裡的一點水分談起,最後落回的也是同一件事:讓材料控制不只成功一次。

資料來源與補充

演講與主辦單位資料

講者與公司脈絡

原始論文