來自中國科學院寧波材料技術與工程研究所（NIMTE）的研究人員，開發了一種三維電氣成像技術，能夠直接觀察電荷在鈣鈦礦太陽能電池薄膜中的運動。這一進展針對鈣鈦礦光伏技術最持久的挑戰之一：隱藏的內部缺陷，這些缺陷會干擾電荷運輸、降低效率，並在實驗室規模表現出色的情況下，削弱長期穩定性。鈣鈦礦太陽能電池被廣泛視為一種低成本、高效率的替代傳統矽光伏技術的方案。然而，薄膜內部的微觀缺陷成為了電氣瓶頸，造成能量損失，而傳統的診斷工具無法完全捕捉這些問題。
為了克服這一挑戰，研究人員通常依賴鈍化處理，添加鹽或有機分子來與缺陷結合。但驗證這些處理在表面下的有效性一直困難重重，因為大多數技術僅探測表面層或提供平均電氣數據。NIMTE 團隊採用了層析導電原子力顯微鏡（TC-AFM）的方法，這是一種能夠進行深度解析電氣映射的技術。該技術通過逐層剝離鈣鈦礦薄膜的超薄層，同時測量每個深度的局部電導率來工作。
透過堆疊這些測量結果，研究人員重建了電荷運輸的三維圖譜，並達到納米級的解析度，提供了一個難得的視角來觀察電氣通道在材料內部是如何形成和崩潰的。該團隊比較了未處理的鈣鈦礦薄膜與經過不同鈍化策略的樣品。未處理的薄膜顯示出廣泛的低導電區域，這些區域特別在晶粒邊界處阻礙了電荷運輸，因為缺陷往往在這些位置積聚。
大規模鈍化處理顯著減少了薄膜內部的這些電阻區域，而表面鈍化則主要增強了靠近頂部介面的導電性，這是電極接觸和設備集成的關鍵區域。經過同時進行大規模和表面鈍化處理的薄膜性能最佳，顯示出連續和均勻的導電通道，剩餘的低導電區域主要局限於表面，這表明內部電荷運輸網絡更加高效。
這些微觀電氣特徵與最終的太陽能電池性能密切相關，建立了薄膜內部三維電荷運輸與整體設備效率之間的直接聯繫。根據該研究的共同作者之一，肖傳曉教授的說法，這一新型成像方法不僅改善了鈣鈦礦太陽能電池，還為薄膜電子學提供了一種系統級的診斷工具，在薄膜電子設備中，內部電氣行為通常決定著設備的可靠性和壽命。
透過直接視覺化電荷如何在複雜材料中遷移，研究人員現在可以以更高的精度評估鈍化策略，從表層假設轉向數據驅動的材料優化。這些研究結果可能有助於加速鈣鈦礦技術從實驗室原型轉向耐用的商業設備，解決這一領域最關鍵的工程瓶頸之一。此外，這項工作還為光電和薄膜設備的更廣泛應用開辟了新天地，因為了解內部導電性對於性能和穩定性至關重要。
