理大研究创新纪录：有机太阳能电池功率转换效率达创纪录19.31%

香港理工大学（理大）的科研团队近日在有机太阳能电池（OSC）取得重大突破，首次在二元OSC（即光活化层中只有供体和受体）的条件下，成功提高功率转换效率至19.31%，创下纪录新高。

功率转换效率是衡量光伏或太阳能电池板性能的重要指针，用来测量太阳辐射产生的能量。理大团队的非凡发现将进一步提升先进太阳能光伏器件的应用价值，推动可再生能源技术发展。

由理大电子及资讯工程学系能源转换技术讲座教授、钟士元爵士可再生能源教授李刚教授带领的研究团队， 发明了一种崭新的OSC形貌调控技术，采用「1,3,5-三氯苯」（1,3,5-trichlorobenzene） 作为有机光伏体异质结「结晶调节剂」（crystallisation regulator），从而提高OSC的效率和稳定性。

研究显示「结晶调节剂」可达成新颖的非单调的中间态调控（ISM -intermediated state manipulation）策略，以控制体异质结的OSC形貌，优化了非富勒烯受体OSC的结晶动力学过程，有效降低光电转换能量损失。

有别于传统上使用溶剂添加剂时所致的薄膜分子过度聚集，非单调中间态调控策略有助形成更有序的分子堆栈和合适的分子聚集。这项研究透过减少非辐射复合的损失令效率明显提升，特别是非辐射复合过程会降低光的生成效率和增加热能损失。

研究成果已于国际科学期刊《自然通讯》（Nature Communications）发表，题为「以非单调中间态转化实现效率达19.31%的二元有机太阳能电池及低非辐射复合」（19.3% binary organic solar cell and low non-radiative recombination enabled by non-monotonic intermediate state transition）。把太阳能转化为电能是实现可持续发展环境的重要解决方案。OSC作为太阳能器件的最大优势是成本效益。不过，抑制非辐射复合损失和提高性能是现时OSC研究的核心问题。要达致广泛实际应用，提高其转能效率至关重要。

李刚教授说：「过往研究的挑战源于既有的基准形貌控制（即添加剂）方法，会因过度聚集而出现非辐射复合损失，致令开路电压降低。」

研究团队花了约两年时间发掘出新型「结晶调节剂」，并清晰显示非单调中间态调控这种新颖策略的科学机理，既能降低非辐射复合损失，也可提高OSC效率。团队并已成功发表成果，相关发现将为未来的OSC研究带来重大启示和希望。

李刚教授补充说：「新的研究成果将可在OSC领域持续发展，拓展各种实际应用，例如可穿戴电子产品，甚或是光伏建筑一体化。」理大的单结光伏OSC已实现近20％的功率转换效率，不但令性能更稳定，而且兼具灵活、透明、可延伸、轻巧和可定制颜色等独特优点，其应用前景相比传统太阳能电池广泛。

李刚教授自2014年以来一直被认可为最广获征引研究人员，其OSC研究对可印刷太阳能发展贡献良多。作为有机太阳能电池领域的专家，李教授一次又一次在科研上突破。他分享道︰「我们最新的研究结果显示，在超过19％的二元OSC中，非辐射组合损失可低至0.168eV，创下了新纪录。我过去十余年专注不懈研究OSC，这次获得令人鼓舞的成果，开发出更高效率的OSC，有助加强太阳能的实际应用。」