理大研究創新紀錄：有機太陽能電池功率轉換效率達創紀錄19.31%

香港理工大學（理大）的科研團隊近日在有機太陽能電池（OSC）取得重大突破，首次在二元OSC（即光活化層中只有供體和受體）的條件下，成功提高功率轉換效率至19.31%，創下紀錄新高。

功率轉換效率是衡量光伏或太陽能電池板性能的重要指標，用來測量太陽輻射產生的能量。理大團隊的非凡發現將進一步提升先進太陽能光伏器件的應用價值，推動可再生能源技術發展。

由理大電子及資訊工程學系能源轉換技術講座教授、鍾士元爵士可再生能源教授李剛教授帶領的研究團隊， 發明了一種嶄新的OSC形貌調控技術，採用「1,3,5-三氯苯」（1,3,5-trichlorobenzene） 作為有機光伏體異質結「结晶調節劑」（crystallisation regulator），從而提高OSC的效率和穩定性。

研究顯示「结晶調節劑」可達成新穎的非單調的中間態調控（ISM -intermediated state manipulation）策略，以控制體異質結的OSC形貌，優化了非富勒烯受體OSC的結晶動力學過程，有效降低光電轉換能量損失。

有別於傳統上使用溶劑添加劑時所致的薄膜分子過度聚集，非單調中間態調控策略有助形成更有序的分子堆疊和合適的分子聚集。這項研究透過減少非輻射複合的損失令效率明顯提升，特別是非輻射複合過程會降低光的生成效率和增加熱能損失。

研究成果已於國際科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）發表，題為「以非單調中間態轉化實現效率達19.31%的二元有機太陽能電池及低非輻射複合」（19.3% binary organic solar cell and low non-radiative recombination enabled by non-monotonic intermediate state transition）。把太陽能轉化為電能是實現可持續發展環境的重要解決方案。OSC作為太陽能器件的最大優勢是成本效益。不過，抑制非輻射複合損失和提高性能是現時OSC研究的核心問題。要達致廣泛實際應用，提高其轉能效率至關重要。

李剛教授說：「過往研究的挑戰源於既有的基準形貌控制（即添加劑）方法，會因過度聚集而出現非輻射複合損失，致令開路電壓降低。」

研究團隊花了約兩年時間發掘出新型「結晶調節劑」，並清晰顯示非單調中間態調控這種新穎策略的科學機理，既能降低非輻射複合損失，也可提高OSC效率。團隊並已成功發表成果，相關發現將為未來的OSC研究帶來重大啟示和希望。

李剛教授補充說：「新的研究成果將可在OSC領域持續發展，拓展各種實際應用，例如可穿戴電子產品，甚或是光伏建築一體化。」理大的單結光伏OSC已實現近20％的功率轉換效率，不但令性能更穩定，而且兼具靈活、透明、可延伸、輕巧和可定制顏色等獨特優點，其應用前景相比傳統太陽能電池廣泛。

李剛教授自2014年以來一直被認可為最廣獲徵引研究人員，其OSC研究對可印刷太陽能發展貢獻良多。作為有機太陽能電池領域的專家，李教授一次又一次在科研上突破。他分享道︰「我們最新的研究結果顯示，在超過19％的二元OSC中，非輻射組合損失可低至0.168eV，創下了新紀錄。我過去十餘年專注不懈研究OSC，這次獲得令人鼓舞的成果，開發出更高效率的OSC，有助加強太陽能的實際應用。」