钙钛矿二极管：实现发光与发电的双重突破

​ ​你的手机屏幕，每天都在悄悄"浪费"阳光。它在发光，也在接受光照，这两件事同时发生在一块玻璃上，却从未被同时利用。一块材料，能否既发光又发电？物理学家的回答是：这是两种相互矛盾的设计需求。刚刚发表于《焦耳》期刊的研究，正面回击了这个"不可能"。科罗拉多大学博尔德分校McGehee与中科大研究团队联合，用一枚钙钛矿二极管同时打破太阳能电池与LED两项世界纪录。

​ ​从2024年5月一直持续到2025年2月，太阳能电池工作的时候，这个器件经过外部机构认证，稳定的功率转换效率比较高，达到了26.7%，这是单结钙钛矿器件的世界纪录。切换成LED模式，外量子效率大概是31%左右，辐射强度比普通平面器件高将近十倍，看看所有的光伏材料，之前能同时突破这两个门槛的，就只有砷化镓那是造价挺高的航天级材料。
​ ​突破的核心，是一种被研究团队称为e-Al₂O₃的多孔氧化铝纳米颗粒岛状结构，嵌入钙钛矿层内部。两组带有相反表面电荷的氧化铝纳米颗粒在此自组装成微米级结构。传统器件面临的两难局面就这么直观地展现出来，高效LED得用大概50纳米厚的薄层来散射光线，太阳能电池，得有差不多800纳米厚的层才能好好吸收阳光，这俩厚度差了十六倍。
​ ​由于e-Al₂O₃结构多孔，钙钛矿得以穿透其中生长，在保持良好电学接触的同时，将原本被困于内部的光重新向外导出，"双向通行"由此成为可能。为氧化铝颗粒充电的分子，与此同时也能钝化钙钛矿中的缺陷，将界面处的电荷损失速率降至接近高性能硅太阳能电池的水平，被困光子得以重新被吸收并再次发射。
​ ​连续运作1200小时之后，这个器件还维持着最初太阳能电池效率的95%，而普通平面对照器件就只剩下67%，研究者因此看到了朝着产业化发展的可行办法，这种稳定性上明显的差别起到了提醒作用。

​ ​商业应用有了雏形。2025年3月，传音Infinix和京东方一起在巴塞罗那MWC发布了全球首款钙钛矿太阳能充电手机，最大充电功率是2W，室内室外光照的场景都能给设备补充能量。从市场当中的数字也能看出这股浪潮的力量2025年，中国钙钛矿电池市场规模达到37.5亿元，新增产能是4GW，机构预估，2026年市场规模很有可能超过100亿元，新增产能将会达到161GW。
​ ​当"发光"与"发电"合二为一，闲置时能采集环境光的显示屏、不在使用中能回收能量的照明系统，都将变得更具现实可行性，而不只是停留在产品发布会的概念图上。踌躇的地方依然存在。目前产业级钙钛矿模组的使用寿命远低于商用晶硅电池，铅元素的环境毒性也让部分地区的监管机构保持审慎，从实验台到屋顶的距离，远比数字看起来的长。
​ ​2026年，《科学》杂志里面刊登了武汉大学团队的研究，新型钙钛矿器件在85℃高温之下一直让太阳照射超5000个小时，还能让最初的效率保持在90%以上，它在高温下工作的时长是对照器件的25倍。
​ ​研究者们坚持的判断是，稳定性问题是工程难题，不是物理限制，这个判断在几年里被不断刷新的效率纪录给证实了，2025年海南大学团队还把转换效率弄到了经认证的27.32。

​ ​当一块材料证明"发光"与"发电"本是同一件事的两面，真正令人不安的问题随之浮现——我们还有多少个"不可能"，其实只是还没找到正确的纳米颗粒排列方式？
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