香港城大有机太阳能电池刷新光电转换效率世界纪录！

太阳能电池的相关研究近年如雨后春笋，当中钙钛矿和有机太阳能电池（Organic solar cell）都极具发展潜力。香港城市大学（香港城大）的学者亦屡次取得研究突破，所研发出的有机太阳能电池，早前更获得美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的认证，确认刷新了有机太阳能电池光电转换效率的世界纪录！

由香港城大学务副校长兼化学及材料科学讲座教授任广禹教授，以及化学系助理教授朱宗龙博士共同领导的团队，与华盛顿大学的研究人员合作研发的有机太阳能电池，经NREL的严格测试，确认光电转换效率高达17.5%，是该实验室测试有机太阳能电池以来录得的最高纪录，因此团队的电池得以刷新世界纪录的姿态被收录于“最佳科研电池图表”（Best Research-Cell Efficiencies Chart）之中。于太阳能电池领域已钻研十多年的任教授雀跃地说：“相关世界纪录首次写上‘香港城市大学’的名字，我们团队都感到非常光荣。”

香港城大研发的有机太阳能电池刷新光电转换效率世界纪录，被收录于美国国家可再生能源实验室发佈的“最佳科研电池图表”中。（图片来源：美国国家可再生能源实验室）

朱博士形容NREL的测试方法“是全世界最严苛的”：“他们对稳定性和器件的要求是最严格的，这也证明了我们这个受认证的17.5%光电转换效率是经得起考验的，代表一个国际上的肯定。”

有机太阳能电池是新兴太阳能电池的一种，以具有半导体性质的有机材料製成，具有製造速度快、低成本、柔软等优点，然而光电转换效率比较低。过往有机太阳能电池使用富勒烯（fullerene）材料，其光电转换效率一般只有大约11%，令有机太阳能电池的发展一直停滞不前。富勒烯是由碳组成的中空球型状分子，可充当半导体，不过缺点是对太阳光吸收弱、能级调控难、生产成本高等等。

不过，近年内地科学家研发出非富勒烯（non-fullerene）新材料，可以透过分子工程，调控能阶（energy level），并将光吸收的光谱扩阔并移至近红外线，令有机太阳能电池光电转换效率大幅提升。

任广禹教授及朱宗龙博士团队研发的其中一种有机太阳能电池。

新材料兼处理材料新方法造就高效率

任教授团队研发的有机太阳能电池除了使用非富勒烯材料为电子受体材料，更配合特别的材料处理技术，令材料的特性更加显露出来，因而成功创下获认证的17.5%光电转换效率。他说：“事实上我们在实验室测试时，光电转换效率已达到19%，达到20%是指日可待的。”

而研究过程中最困难的地方，任教授表示是要找到与非富勒烯受体材料匹配的高分子（polymer）供体材料，以令两者产生的反应达致最佳效果。经过近两年的努力，他们终于成功创出佳绩。

任广禹教授（右二）和朱宗龙博士（右一）。图为他们团队早前发佈有关钙钛矿太阳能电池的研究成果。

任教授和朱博士的团队最近又与美国北卡罗来纳州立大学以及香港科技大学的团队合作，製成具有独特结构的有机太阳能电池，有效提升电荷分离和传输的效率。他们的研究成果已被科学期刊《自然通讯》（《Nature Communications》）接受发表。

有机太阳能电池材料前景广阔

钙钛矿太阳能电池光电转换效率较高，适用于太阳能发电站，相比之下，有机太阳能电池的光电转换效率则较低。不过任教授指出，有机太阳能电池材料的好处是可用作製成半透明的电池板，再结合玻璃，既能隔热又能产电，达致“光伏建筑一体化”（building-integrated photovoltaic, BIPV），而且有机太阳能电池製造过程较钙钛矿电池更环保，所需的能源亦较少。

他并指出，由于有机太阳能电池柔软可弯曲摺叠，能应用于可穿戴电子器件，甚或结合成可自行充电的器件，“太阳能电池正朝柔性这个方向进发，势将促进有机电子（organic electronics）产品的发展。”

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