揭露鈣鈦礦電池「出生缺陷」，港科大（廣州）章勇團隊研究成果發表於Science
想像一下這些場景：手機放在辦公桌上，燈光就能幫它悄悄「充電回血」；寫字樓的玻璃幕牆不僅能隔熱防晒，還能為整棟建築供電；電動汽車車頂貼上一層薄膜，就可以「邊開邊充電」，極大緩解續航焦慮。這些聽上去有些科幻的場景，其實距離實現只差一個關鍵技術的突破——鈣鈦礦太陽能電池的普及。
作為第三代新型太陽能電池，鈣鈦礦電池理論效率高、製備成本低、應用前景廣，使得「萬物皆可發電」的願景比以往任何時候都更接近現實，已是光伏領域的耀眼新星。然而，在通往產業化的路上，它卻長期被一個難題阻礙——穩定性。過去，人們總盯着鈣鈦礦電池「老了以後」的性能衰退，卻忽略了它在「出生時」就可能受傷。
港科大（廣州）團隊首次發現這一被整個業界忽視的「盲區」： 鈣鈦礦電池還在製備時，界面材料與鈣鈦礦原料的接觸就已引發了有害化學反應，留下肉眼無法發現的「先天缺陷」。團隊還據此找到一劑精準的「解藥」，從源頭掐斷反應，並優化電池導電性能。
8月20日，相關研究成果以「Redirecting wet-interfacial redox pathways for efficient inverted perovskite solar cells」（調控濕界面氧化還原路徑製備高效反式鈣鈦礦太陽能電池）為題發表於國際頂級學術期刊《科學》（Science）。通訊作者為港科大（廣州）功能樞紐可持續能源與環境學域助理教授章勇；第一作者梁政曾任章勇課題組研究助理，此成果源自兩人及團隊在港科大（廣州）的研究發現。
港科大（廣州）章勇團隊在國際頂級學術期刊《科學》（Science）上發表最新研究成果，在反式鈣鈦礦太陽電池研究方面取得重要突破。
港科大（廣州）功能樞紐可持續能源與環境學域助理教授章勇為論文通訊作者，港科大（廣州）研究助理梁政為論文第一作者，參與此項研究的共同作者還有港科大（廣州）研究助理程生斌、博士研究生鮑玉琪、可持續能源與環境學域助理教授李昱亨。
其他參與該研究的包括成均館大學Nam-Gyu Park教授、寧德時代朱琛博士、南開大學李躍龍教授、上海交通大學劉成教授及各自團隊。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg8415
一瓶「變色」溶液，揭開鈣鈦礦電池製備中的隱形殺手
故事，要從一個幾乎所有人都不曾在意的現象說起。
2025年7月，梁政在港科大（廣州）BEST Lab實驗室里配製鈣鈦礦前驅體溶液。這是一項常規的實驗，當他將鈣鈦礦太陽能電池的核心材料「自組裝分子層」（Self-Assembled Molecules，簡稱SAMs）加入到原料溶液里時，一個現象引起了他的注意：原本應是透明無色或淡黃色的溶液，很快變成了更深一點的黃色，細微到像是往一杯淡茶里又加了兩滴濃茶。
大多數人在面對「異常」時，第一反應是「可能是操作誤差」「產生了普通雜質」，然後繼續下一個實驗。但梁政沒有跳過這個現象，並把相關發現告訴了章勇。
章勇的直覺告訴他，這一變色背後，可能藏着一個被整個領域忽視的問題。
為了弄清溶液變色的原因，團隊決定一步步追溯實驗的微觀反應過程：通過液相色譜、核磁共振氫譜等多種檢測手段，結合理論計算，團隊最終完整還原了這條隱藏的「損傷」鏈：SAMs薄膜上的磷酸基團帶弱酸性，釋放的氫離子會激活DMSO溶劑，進而帶動碘元素髮生有害氧化反應，生成大量碘單質（I2）、三碘離子（I3-）及相關雜質。這些雜質混入正在凝固的鈣鈦礦薄膜，破壞晶體結構，留下大量肉眼看不見的微小缺陷，既拉低發電效率，又縮短電池壽命。
麻煩的一點是，當電池做得越大，液態原料乾燥成型的時間越長，有害反應就越「充分」。這也解釋了為什麼鈣鈦礦電池很難從實驗室里的小樣品，放大到平方米級的量產面板。行業長期苦惱的「放大瓶頸」，根源之一是藏在製備過程的化學反應里。
Science審稿人高度評價該研究，「不僅揭示了溶液加工過程中SAM-鈣鈦礦相互作用的機理，還填補了在界面形成認知上的關鍵空白」，為鈣鈦礦電池的性能優化指明全新的方向。「找到問題，才是一切真正的開始，這比解決問題更重要。」章勇說，「我們要做的就是想要搞清楚真正的問題。」
一劑精準的解藥，從源頭解決「出生缺陷」
摸清了電池從製備期就開始受損的「病因」，「藥方」該如何開？
團隊沒有簡單地用一種通用中和劑去處理，而是針對性地設計了結構匹配的酰肼添加劑技術。
這一添加劑的見效時，不僅不破壞原有體系，還能和界面協同，額外提升導電性能，具體可概括為兩步：
「抓酸斷源」
添加劑里的酰肼基團具有弱鹼性，就像一雙手，能精準抓住從薄膜上溶出的酸性物質，從源頭掐斷碘的氧化反應。有害雜質不再生成，鈣鈦礦薄膜在製備階段就不再受到隱形傷害。
「改道增效」
被抓住的酸性物質並沒有簡單地「消失」，原本會生成有害雜質的反應路徑，在添加劑中酰肼分子的影響下，走向一條完全不同的反應路徑，與原料中的甲脒成分結合，生成穩定無害的新物質。更巧妙的是，這些新物質還能填補鈣鈦礦薄膜中的微小缺陷，讓電荷在界面處傳輸更順暢，相當於在修復損傷的同時，還額外提升了導電性能。
穩定性的提升為規模化製備指明了前路：它不需要額外的生產設備，只需在現有製備流程中加入酰肼添加劑，即可直接應用於大尺寸製備，極具成本優勢。
實驗數據是最有說服力的語言：
小尺寸
實驗室小尺寸鈣鈦礦電池（0.06平方厘米）的最高發電效率達到27.7%，經第三方權威認證，穩態效率為27.4%。在論文投稿時，是同類電池的世界最高紀錄。
大面積
團隊將技術送至寧德時代試製產線，在1米×2米的超大鈣鈦礦電池板上完成產線驗證，發電效率達到20.1%，是目前同類型大面積組件公開報道的最高水平。這也是這項技術走向產業化的第一步。
耐用性
85℃高溫環境下，保持95%以上性能持續2000小時；在85℃、85%濕度的嚴苛濕熱環境中，穩定工作1500小時。團隊的鈣鈦礦電池測試數據已大幅超出光伏行業「准入門檻」，印證了鈣鈦礦穩定性正穩步追趕晶硅。
普適性
團隊設計了與4種主流SAMs分子結構相匹配的酰肼添加劑。實驗證明，結構越匹配，效果越好。該方案可推廣至其他同類材料體系。
「要成為科學家，先成為藝術家」
從構思到投稿，再到論文被接收，整個周期用了約一年。研究速度很快，但過程並不輕鬆。
最難的環節是機理推測。化學中很多結構要從結果反推，梁政和章勇一點點猜想可能的分子結構，再逐一排除。梁政回憶道：「有時候生成一個新信號，完全不知道它是什麼，就要不停地畫圖、不停地嘗試，直到它能匹配，並且符合合理的化學反應。」
「根據實驗結果反推化學結構，有好幾百種可能，要一一排除。」章勇提到，修稿階段僅一個月，補充了大量控制實驗和驗證結果。
速度的背後，則是團隊的默契。
2022年，章勇與梁政通過合作項目相識。章勇至今記得，「這個年輕人做事非常靠譜」，並對他耐心穩重的性格連連稱讚，那次合作之後，兩人一直保持聯繫。2025年，章勇加入港科大（廣州），梁政博士畢業，也來到港科大（廣州）做研究助理，合作的故事有了續集。
有問題及時溝通、有想法隨時討論，兩個快節奏的人做科研時刻保持着「待命」的狀態。「做夢都在想研究細節，確實不誇張。」梁政含蓄地笑了笑，「帶着問題入睡，第二天可能就想出新的思路。」
「要成為科學家，先要成為藝術家。」這是章勇總跟梁政提起的一句話，或許藝術家看到的，從來不是別人沒看到的世界，而是別人視而不見的那些——比如一杯變了色的實驗溶液。「從這杯溶液發展出的研究成果，不僅是做出了更高效、更穩定的鈣鈦礦電池，更在於提出了一個新的研究原則：做界面材料，不能只看導電性能好不好，還要看它和生產原料之間的『化學兼容性』。」章勇表示，不只是鈣鈦礦太陽能電池的設計，只要有不同化學物質接觸的地方，就有界面，就可能存在類似影響器件穩定性的反應。
未來，他計划進一步研究鈣鈦礦太陽能電池回收與循環利用，並探索更綠色的鈣鈦礦製備工藝。
一杯變色的溶液，一個被忽略的細節。科學的遠方，一直都藏在大多數人跳過的那個瞬間里。
