【第六屆鈣鈦礦論壇】材料化學走向實際應用：若宮淳志解析成膜與量產關鍵

鈣鈦礦太陽能電池要從高效率元件走向真實世界，關鍵不只在刷新實驗室數字，更在於材料能否穩定形成高品質薄膜，並轉化為可放大的製程。京都大學理事補若宮淳志教授以材料化學為軸線，說明原料純度、結晶控制、載子選擇層與印刷技術之間的緊密關係，也分享研究成果如何透過新創事業連結產業需求。這場演講呈現的核心訊息是，基礎科學與商業化並非兩條平行道路，而是必須從研究初期就彼此對接。

輕薄與弱光特性，打開矽晶之外的應用空間

若宮淳志首先指出，成熟的矽晶太陽能在效率、成本與耐久性方面已有完整產業基礎，鈣鈦礦不必在相同條件下正面競爭。其真正差異在於吸光層極薄，因此元件重量主要取決於玻璃或塑膠基板；當基板進一步薄化，便能形成輕量、柔性且適合低照度環境的能源元件。從室內光源、穿戴裝置到無人機與交通載具，應用設計得以跳脫傳統屋頂模組的形式限制。

材料與光學外觀也能同步設計。演講現場展示的元件可在陰影與低照度下產生能量，也能透過材料與表面設計呈現不同色彩，而不必維持傳統黑色外觀。鈣鈦礦的價值不只是更薄的太陽能電池，而是讓發電元件開始適應物件、空間與使用情境。

從原料純度到結晶控制，決定薄膜能否被放大

鈣鈦礦前驅物可由溶液塗布，再透過成核、溶劑移除與加熱形成晶體薄膜。若宮淳志特別強調，標示高純度的原料仍可能含有未被規格納入的水分，而低溫製程對這類雜質格外敏感。透過昇華或蒸餾降低水分，並掌握溶劑配位、反溶劑誘導成核與後續熱處理，才能形成緻密、均勻且缺陷較少的吸光層。

這也解釋了為何小面積元件的成功，不能直接等同於量產能力。當塗布面積放大，孔洞、副產物、晶粒不均與界面缺陷都可能影響電流傳輸與元件表現。商業化的材料化學，不只要知道使用哪一種材料，更要能控制材料在連續製程中如何成核、排列與成膜。研究團隊因此將重點推向狹縫塗布、氣流輔助成核與捲對捲製程，讓化學反應逐步轉化為可複製的工程條件。

元件結構與產業協作，讓材料跨出實驗室

除了吸光層，PIN 元件結構中的載子選擇層同樣影響效率與放大性。若宮淳志說明，底層材料必須兼顧透明度、界面接觸與選擇性收集電荷；團隊透過具有多重錨定基團的分子設計，使材料能更穩定地排列於透明電極表面，並降低不必要的載子損失。這類分子尺度的設計，最終會反映在模組製程、有效發電面積與元件整合能力上。

從建築整合太陽能（BIPV, Building Integrated Photovoltaics）、穿戴與太空應用，到車輛、智慧住宅及海洋場域，演講中的多元案例都指向同一項前提：材料、製程、元件與終端需求必須共同開發。鈣鈦礦產業化不是把實驗室配方單純放大，而是以需求為起點，重新串起基礎研究、製造技術與應用驗證。對台灣而言，若能結合既有材料、設備與光電製造能量，跨國學研合作將有機會加速新型太陽能從技術展示走向可被市場採用的產品。