【第六屆鈣鈦礦論壇】從光伏走向新興光電：闕居振解析低維鈣鈦礦的應用版圖

鈣鈦礦的發展並不只沿著太陽能電池的效率競賽前進。國立臺灣大學化學工程學系闕居振教授以有機－無機混成鈣鈦礦為核心，將視角轉向準二維與二維材料，說明材料維度如何改變載子侷限、發光行為與穩定性，進一步開啟雷射、電晶體及光記憶等新興應用。這些方向共同指向一項關鍵趨勢：鈣鈦礦正由單一能源材料，擴展為可調控光與電的多功能半導體平台。

維度改變，材料設計也跟著改寫

三維鈣鈦礦具有良好的載子傳輸能力，適合光伏元件，但穩定性仍是重要課題。當結構轉向準二維與二維，無機晶格被有機間隔層分隔，載子侷限與激子束縛隨之增強，發光效率及環境耐受性也有機會提升。不同維度並非單純的優劣比較，而是對應不同元件所需的材料特性。

準二維鈣鈦礦以溶液製程形成時，往往同時出現多種厚度與能隙的相，過寬的相分布會干擾能量傳遞。闕居振團隊透過添加劑與分子作用控制結晶，使小相與大相比例收斂，讓能量更有效地集中至發光相，提升光致發光量子產率（PLQY, Photoluminescence Quantum Yield）。低維鈣鈦礦的關鍵，不只在縮小材料維度，更在精準控制相分布、缺陷與能量傳遞路徑。

從界面鈍化到準二維鈣鈦礦雷射

界面工程是發光元件的重要支點。團隊將自組裝單分子層（SAM, Self-Assembled Monolayer）導入鈣鈦礦，使分子在材料與透明電極界面形成作用，一方面鈍化缺陷，另一方面調整能階與電洞傳輸。這項設計也顯示，功能分子不一定只作為獨立傳輸層，而能直接參與鈣鈦礦成膜與界面自組裝，簡化元件架構。

在雷射研究中，團隊利用準二維鈣鈦礦的高發光特性，先建立放大自發輻射（ASE, Amplified Spontaneous Emission），再結合週期性奈米結構提供光學回饋。材料厚度、奈米結構尺寸與週期都必須配合發光波段，才能讓光在結構中有效耦合並形成窄頻輸出。從高亮度發光跨入雷射，不只需要好的鈣鈦礦薄膜，還需要材料、奈米結構與光場的協同設計。

電晶體與光記憶，拓展感測與運算可能

二維錫基鈣鈦礦也為場效電晶體（FET, Field-Effect Transistor）提供新的材料選項。由於晶格在室溫下會動態變化，載子容易受到散射，加上鈣鈦礦同時具有電子與離子傳輸行為，量測與元件設計都比傳統半導體更複雜。團隊透過表面鈍化與重構降低缺陷及接觸電阻，使載子更順利通過電極與半導體界面。

更具延伸性的現象，是元件在短時間受光後仍能維持電流狀態，形成非揮發性光記憶（Nonvolatile Photomemory）。團隊進一步以鈣鈦礦與富勒烯 C60 建立異質接面，讓光產生的載子轉移並儲存在材料或界面，再以電壓進行抹除。當鈣鈦礦能以光寫入、以電抹除，它便從光偵測材料走向兼具感測、記憶與運算潛力的元件平台。這條路徑也讓有機合成、晶格物理與半導體工程形成更緊密的跨域合作。