太陽能板被樹木、雲層、飛鳥或建築物遮擋，是日常環境中極常見的情況。但對於薄膜太陽能技術而言，這些遮擋卻可能造成嚴重問題—被遮擋的部分會出現反向偏壓（負電壓），輕則降低發電效率，重則有機會損壞太陽能電池的組件。香港理工大學（理大）研究團隊成功研發新一代鈣鈦礦有機疊層太陽能電池，不但發電效率高，更能有效抵抗負電壓帶來的損害。研究中的疊層裝置即使承受-40伏特的極端反向偏壓，仍能維持90%以上的初始效率，表現遠超現時所有薄膜太陽能技術，為薄膜太陽能技術走向實際應用邁出關鍵一步。
薄膜太陽能技術，例如碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)、鈣鈦礦和有機太陽能電池等，具備輕巧、柔韌及低成本等獨特優勢。不過，這類材料有一個共通弱點：由於其「電子—離子混合導電」的特性，一旦太陽能電池被局部遮擋而產生負電壓，供電性能就難以保持穩定，組件甚至有機會受損。因此，能否抵抗反向偏壓，正是薄膜太陽能技術是否耐用及能否長期穩定運作的關鍵。
有機太陽能電池近年在效率和耐久度上都有長足進步，但科學界對它在反向偏壓下的實際表現，以及電荷在體異質結（即電池內部由兩種材料混合而成的發電活性層）如何傳輸，至今仍未完全掌握。填補這些空白的知識，正是推動薄膜太陽能技術實際應用不可或缺的一步。
理大電機及電子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、理大智慧能源研究院副院長李剛教授及其研究團隊，正是從反向偏壓這個常被忽略的關鍵環節入手。李教授表示：「我們在提升有機太陽能電池和鈣鈦礦有機疊層太陽能電池於嚴苛反向偏壓環境下的穩定性方面，取得重要進展，為理解這類太陽能技術的運作原理和耐久度作出重大貢獻。」
有機太陽能電池在反向偏壓下之所以受損，源於體異質結存在「深陷阱態」的缺陷。這是太陽能電池材料裡的隱形陷阱，困住負責發電的電荷，令電池效率下降甚至損壞。
團隊透過創新方法及策略性干預取得突破，透過抑制「供體—受體混合區」（即電池發電核心中，負責放出和接收電荷的兩種材料混合的區域）內孤立的受體簇，成功減少上述缺陷，研發出高效能的有機太陽能電池，其不可逆擊穿電壓更超過
-35伏特。換言之，只要負電壓不超過-35伏特，電池都不會被永久破壞，抗損能力大幅提升，為有機太陽能電池的效率和穩定性建立新標準。
是次研究顯示，透過抑制n-i-p型無機鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池的「反向隧穿」（即太陽能電池被遮擋時電流反向流動、產生負電壓並損害電池的現象），有機太陽能電池成功保護鈣鈦礦層。即使承受-40伏特的極端反向偏壓，疊層裝置仍能維持90%以上的初始效率。此外，這些疊層太陽能電池非常穩定。在-20伏特下持續運作12小時後，仍保留90%初始效率；在-4.5伏特下持續運作2,000小時後，更保留高達 97% 的初始效率，表現遠超現時所有薄膜太陽能技術。
這項研究題為「具優異反向偏壓穩定性的鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池」已刊登於《自然材料》（Nature Materials）期刊。該研究詳述了體異質結有機太陽能電池中的反向電荷傳輸機制，並解決鈣鈦礦太陽能電池的反向偏壓不穩定問題，為發展穩定耐用的鈣鈦礦有機疊層太陽能電池提供關鍵指引。
在此前的研究中，李教授與團隊透過「底層接觸調控」策略，成功將n-i-p型無機鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池的能量轉換效率推高至25.9%（認證效率為25.1%），在各種環境下展現更高穩定性。該研究題為「透過底層接觸調控技術達致25.1%認證效率的無機鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池」已於2025年刊載於《自然能源》（Nature Energy）期刊。
而在最新的研究中，n-i-p型鈣鈦礦有機疊層太陽能電池的能量轉換效率更進一步提升至26%以上，展現出優異的反向偏壓穩定性，為技術實際應用再邁進一步。理大電機及電子工程學系博士後研究員黄佳明博士及博士生韓玉先生分別是刊載於《自然材料》及《自然能源》兩篇論文的第一作者。同系的研究助理教授任志偉博士為該兩篇論文的共同通訊作者。
李教授補充：「可擴展的鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池小型組件，在陰影環境下充分展現出極佳的反向偏壓穩定性。這是一項重大突破，有助建立再生能源系統，讓未來更可持續，更有效率。 」
