新加坡南洋理工大學（NTU）科研團隊近日宣布，他們開發出一類超薄、半透明的鈣鈦礦太陽能電池，其厚度僅約 10 納米，約相當于人類頭發絲的萬分之一，比常規鈣鈦礦電池薄約 50 倍，卻依然保持了超薄器件中堪稱領先的光電轉換效率，有望直接集成在建筑玻璃、車窗甚至智能眼鏡等透明表面，將原本“被動采光”的玻璃變成可持續發電的能源載體。

在城市大規模部署太陽能的一大現實障礙，是“面板往哪兒放”。傳統光伏組件不僅本身不透明且體積厚重，還需要加裝保護玻璃、封裝層、金屬支架與安裝結構，一個標準家庭用面板重達 18～23 千克，單塊功率大約 350～450 瓦，要讓一棟大型寫字樓僅憑屋頂光伏“自給自足”幾乎不現實，而許多高密度城市也缺乏大面積空地來鋪設光伏電站。將不透明且沉重的光伏板覆蓋在玻璃幕墻外側，不但改變建筑外觀，還會影響采光與熱工性能，因此如何利用本就大面積存在的玻璃表面，一直是透明光伏技術攻關的方向。

NTU 團隊的方案，是利用鈣鈦礦這一近十年來光伏領域的“明星材料”。這類晶體材料制備成本潛在較低、理論效率高，并且在弱光和散射光條件下仍能保持較好發電性能，非常適合高樓林立、陰影交錯的城市峽谷環境，可在非最佳朝向、非最強日照時段持續發電，彌補傳統硅基電池對直射陽光高度依賴的不足。研究團隊在實驗中制備了厚度為 10、30 和 60 納米的超薄鈣鈦礦吸收層，不透明器件在這三種厚度下的光電轉換效率依次達到約 7%、11% 和 12%。在此基礎上，他們還做出一款 60 納米厚的半透明器件，效率為 7.6%，同時仍可透過約 41% 的可見光，在“看得見外面景色”和“有實質發電能力”之間找到平衡。

與市面上效率超過 20% 的傳統太陽能組件相比，這一數字并不算耀眼，但在器件幾乎“零重量”、可在弱光下工作、且能直接融入玻璃結構的前提下，其系統層面的吸引力明顯不同。更重要的是，NTU 的器件為“顏色中性”，不會給玻璃帶來明顯的色偏或染色感，外觀上仍與普通透明玻璃相近，這對于講究立面效果的現代建筑尤為關鍵。研究團隊指出，通過精確控制鈣鈦礦層的沉積厚度，可以在制造階段調節透明度與效率的權衡，以適配不同應用場景的需求。

此次工作的另一大亮點在于制備工藝。團隊并未采用目前實驗室常見的溶液旋涂等濕法工藝，而是采用了工業上成熟的真空熱蒸鍍技術：在真空腔體內加熱材料，使其汽化后在基底表面沉積成超薄膜層。研究人員表示，這是首次完全通過真空工藝制備超薄鈣鈦礦太陽能電池，這類技術已經廣泛應用于半導體和顯示產業，可實現大面積、厚度高度均勻且無溶劑污染的薄膜，對未來規模化生產與良率控制具有明顯優勢。

按研究團隊的估算，如果這一技術在工程上得到成功放大并集成到高層建筑玻璃幕墻上，例如紐約“一號世貿中心”這類超高層的整片玻璃立面，理論上每年可產生數以百萬千瓦時計的電能，約相當于供給 40 戶美國普通家庭一年的用電量。團隊負責人、NTU 物理與數學科學學院以及材料科學與工程學院的副教授 Annalisa Bruno 指出，全球約有 40% 的能源消耗源自建筑環境，因此將建筑表面無縫轉化為發電資產的技術正變得日益迫切。

不過，通往現實的路依然布滿挑戰。鈣鈦礦光伏雖然在實驗室屢次刷效率紀錄，但在商業化道路上始終被“壽命難題”困擾：材料對水汽、氧氣、熱和紫外線都很敏感，長期暴露在戶外環境中容易退化，如何在多年運行中保持穩定性能，是這一領域公認的技術瓶頸。未參與該研究的劍橋大學教授 Sam Stranks 對此評價稱，該成果令人鼓舞，但下一步關鍵在于開展長期穩定性、耐久性以及大面積器件性能的驗證。從實驗室中做出小面積高性能樣品，與實際生產成千上萬平方米的“發電玻璃”之間，仍隔著一條不小的工程鴻溝。

盡管如此，如果耐久性和規模化生產問題最終得到解決，其潛在影響將十分深遠。現代城市的外立面已被大量玻璃覆蓋，這些玻璃目前除了采光之外，還會增加建筑內部的制冷負荷；若能將其中哪怕一部分轉換為隱形發電單元，將在不額外占用土地的前提下，開辟出全新的分布式城市能源網絡。NTU 團隊認為，應用前景不僅限于建筑立面，還可延伸至車輛玻璃、天窗、可穿戴電子設備以及智能眼鏡等場景，輕質、半透明光伏有望讓一部分設備在日常環境光照下持續緩慢充電，而無需刻意暴露出傳統的“黑色電池板”。

科研團隊已通過南洋理工大學的技術轉化機構 NTUitive 為這類超薄鈣鈦礦薄膜結構提交專利申請，并正與產業伙伴合作，驗證和標準化其熱蒸鍍制程，為后續產業化打基礎。目前，這一技術仍處于研究階段，但在“隱形光伏”這一方向上邁出了關鍵一步，也為“讓窗戶自己發電”的城市能源新圖景增添了更多現實想象空間。