鈣鈦礦二極管：實現發光與發電的雙重突破

? ?你的手機屏幕，每天都在悄悄"浪費"陽光。它在發光，也在接受光照，這兩件事同時發生在一塊玻璃上，卻從未被同時利用。一塊材料，能否既發光又發電？物理學家的回答是：這是兩種相互矛盾的設計需求。剛剛發表于《焦耳》期刊的研究，正面回擊了這個"不可能"。科羅拉多大學博爾德分校McGehee與中科大研究團隊聯合，用一枚鈣鈦礦二極管同時打破太陽能電池與LED兩項世界紀錄。

? ?從2024年5月一直持續到2025年2月，太陽能電池工作的時候，這個器件經過外部機構認證，穩定的功率轉換效率比較高，達到了26.7%，這是單結鈣鈦礦器件的世界紀錄。切換成LED模式，外量子效率大概是31%左右，輻射強度比普通平面器件高將近十倍，看看所有的光伏材料，之前能同時突破這兩個門檻的，就只有砷化鎵那是造價挺高的航天級材料。
? ?突破的核心，是一種被研究團隊稱為e-Al?O?的多孔氧化鋁納米顆粒島狀結構，嵌入鈣鈦礦層內部。兩組帶有相反表面電荷的氧化鋁納米顆粒在此自組裝成微米級結構。傳統器件面臨的兩難局面就這么直觀地展現出來，高效LED得用大概50納米厚的薄層來散射光線，太陽能電池，得有差不多800納米厚的層才能好好吸收陽光，這倆厚度差了十六倍。
? ?由于e-Al?O?結構多孔，鈣鈦礦得以穿透其中生長，在保持良好電學接觸的同時，將原本被困于內部的光重新向外導出，"雙向通行"由此成為可能。為氧化鋁顆粒充電的分子，與此同時也能鈍化鈣鈦礦中的缺陷，將界面處的電荷損失速率降至接近高性能硅太陽能電池的水平，被困光子得以重新被吸收并再次發射。
? ?連續運作1200小時之后，這個器件還維持著最初太陽能電池效率的95%，而普通平面對照器件就只剩下67%，研究者因此看到了朝著產業化發展的可行辦法，這種穩定性上明顯的差別起到了提醒作用。

? ?商業應用有了雛形。2025年3月，傳音Infinix和京東方一起在巴塞羅那MWC發布了全球首款鈣鈦礦太陽能充電手機，最大充電功率是2W，室內室外光照的場景都能給設備補充能量。從市場當中的數字也能看出這股浪潮的力量2025年，中國鈣鈦礦電池市場規模達到37.5億元，新增產能是4GW，機構預估，2026年市場規模很有可能超過100億元，新增產能將會達到161GW。
? ?當"發光"與"發電"合二為一，閑置時能采集環境光的顯示屏、不在使用中能回收能量的照明系統，都將變得更具現實可行性，而不只是停留在產品發布會的概念圖上。躊躇的地方依然存在。目前產業級鈣鈦礦模組的使用壽命遠低于商用晶硅電池，鉛元素的環境毒性也讓部分地區的監管機構保持審慎，從實驗臺到屋頂的距離，遠比數字看起來的長。
? ?2026年，《科學》雜志里面刊登了武漢大學團隊的研究，新型鈣鈦礦器件在85℃高溫之下一直讓太陽照射超5000個小時，還能讓最初的效率保持在90%以上，它在高溫下工作的時長是對照器件的25倍。
? ?研究者們堅持的判斷是，穩定性問題是工程難題，不是物理限制，這個判斷在幾年里被不斷刷新的效率紀錄給證實了，2025年海南大學團隊還把轉換效率弄到了經認證的27.32。

? ?當一塊材料證明"發光"與"發電"本是同一件事的兩面，真正令人不安的問題隨之浮現——我們還有多少個"不可能"，其實只是還沒找到正確的納米顆粒排列方式？
? ?聲明：本文的內容90%以上為自己的原創，少量素材借助AI幫助。但是，本文所有內容都經過自己嚴格審核。圖片素材全部都是來源真實素材簡單加工。所寫文章宗旨為：專注科技熱點的解讀，用簡單的語言拆解復雜的問題，無低俗等不良的引導，望讀者知悉。