“靠推斷是不行的，科學(xué)研究需要講證據(jù)。”潘旭直言。

基于多年來對(duì)高性能鈣鈦礦太陽能電池及鈣鈦礦薄膜性質(zhì)的研究，潘旭等人對(duì)此展開攻關(guān)。

他們先深度剖析X射線光電子能譜，從微觀角度清晰觀察到鈣鈦礦薄膜內(nèi)部元素分布情況，再通過高分辨率電鏡，直接“看到”了晶體晶面間距的不同，這表明不同大小的陽離子存在于不同位置，即陽離子不均勻性。尺寸大的陽離子在薄膜上界面富集，尺寸小的陽離子在薄膜底部富集。

“鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的電子傳輸通道好比一條馬路，這些大小不一的陽離子就是障礙物，使電子前進(jìn)受到阻礙，電池效率自然無法提升。”論文共同通訊作者、固體所葉加久博士介紹。

那么，為何會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象？為回答這一問題，團(tuán)隊(duì)與上海同步輻射光源發(fā)展出一種新的測試方法，即原位掠入射廣角X射線衍射，全過程監(jiān)測鈣鈦礦薄膜內(nèi)部晶體生長情況。

研究發(fā)現(xiàn)，不同大小的陽離子在形成晶體的過程中，結(jié)晶速率差異非常大，大尺寸陽離子結(jié)晶速度慢，小尺寸陽離子結(jié)晶速度快，致使鈣鈦礦薄膜分布不均勻。

最終，他們?cè)O(shè)計(jì)出一種添加劑，讓不同陽離子在結(jié)晶速率上同步，并均勻排列，促進(jìn)電荷的傳輸。

潘旭說：“這一結(jié)果表明，通過均勻化鈣鈦礦陽離子垂直方向的分布，可以獲得優(yōu)異的電池性能，開辟了提升電池器件穩(wěn)定性的新途徑，有望突破鈣鈦礦太陽能電池的效率瓶頸�！�

“做實(shí)用型研究”

潘旭是國內(nèi)較早從事鈣鈦礦研究的�！爸�所以選擇這個(gè)方向，是因?yàn)殁}鈦礦材料本身優(yōu)異的光電性能、初期開發(fā)的潛力及高達(dá)33%的理論極限效率，對(duì)于光伏行業(yè)的研究人員來說，有一種無法抗拒的吸引力�！迸诵裥χ�說。

然而，最初他也沒信心。“當(dāng)時(shí)，我們制作完成的鈣鈦礦薄膜電池，拿在手里，肉眼可見它由黑慢慢變黃，吸光率變差了�！迸诵窕貞浧鸪跗谧鲡}鈦礦研究的情形。

經(jīng)過10多年的深耕，潘旭等人取得了重大突破。近日，這項(xiàng)研究成果發(fā)表于《自然》。他說，“持之以恒是做科研最重要的品質(zhì)。”

論文在線發(fā)表當(dāng)日凌晨1點(diǎn)，坐在辦公室里的潘旭，發(fā)了這樣一條朋友圈——“前面的路還很長，還有暴雨，還有坎坷，繼續(xù)前進(jìn)吧。欣賞沿途的風(fēng)景就好了，即使看不到終點(diǎn)，也是一種享受”。

“我想告訴我的學(xué)生們，做科研不僅僅是為了發(fā)文章，更希望大家做實(shí)用型研究，做對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、人民生活有影響的研究，哪怕只起到一點(diǎn)點(diǎn)作用�！迸诵裾f，這是他認(rèn)為做科研最大的意義。

“這次工作只是一個(gè)開始，接下來我們會(huì)繼續(xù)沿著這個(gè)方向進(jìn)一步探索，希望開發(fā)出改進(jìn)型的添加劑，提升鈣鈦礦太陽能電池的效率及穩(wěn)定性�！� 談及未來鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展，潘旭充滿信心。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06784-0