理大研究突破半透明太阳能电池效率纪录 推动建筑光伏一体化发展

透明太阳能电池能无缝整合于窗户、屏幕等物品的表面，正引领可再生能源的前沿发展，但相关技术仍需克服多项关键挑战，包括在透明度与能量转换率之间取得平衡，兼具发电效能与美观设计双重优势的半透明有机光伏电池（ST-OPV）因此成为研究热点。香港理工大学（理大）研究团队成功开发一项创新评估参数，可用以量度不同光活性材料在 ST-OPV中的应用潜力，筛选出最佳材料组合，推动研发高效ST-OPV，并为其用于智能窗户及可持续建筑奠定基础。

ST-OPV拥有选择性吸收阳光、生产成本低及环保等特性，在建筑光伏一体化领域中展现出巨大发展空间。为了彻底释发ST-OPV的应用潜力，科学界正尝试结合不同光活性材料及利用先进器件工程技术，不断提升ST-OPV的能量转换率及稳定性等，同时让电池的颜色更加自然，不会对建筑物的外观构成影响。

理大电机及电子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联同研究员俞江升博士，利用他们建立的FoMLUE参数筛选了一系列经典光活性材料，通过分析材料的归一化吸亮度，评估其平均可见光透射率、带隙和电流密度等关键参数。研究人员发现以FoMLUE值最优异的三元材料组合制成的ST-OPV，较同类型产品具备更佳的隔热性能及运行稳定性，光能利用效率更高达6.05%，刷新半透明太阳能电池的效率纪录。

此外，研究亦揭示了地理因素对ST-OPV性能表现的影响。为了探究ST-OPV太阳能窗户的发电和节能效益，研究团队建构了一个瞬态模型，仿真电池的功率输出，从而分析其对建筑空间冷暖负荷的影响。该模型应用于中国371个城市，结果显示逾九成的城市实现了年度负荷的正向减排。地理分析更指出，夏季炎热、冬季温暖的地区最适合安装ST-OPV玻璃窗户，其在该些地区达到的年总节能量可高达1.43 GJ m⁻²。

研究题为「半透明有机光伏电池实现具广泛地理适应性的可持永续智能窗户」，成果已发表刊载于《自然通讯》期刊（Nature Communications）。

李刚教授表示：「太阳能窗户作为新兴的太阳能光伏应用，为建筑光伏一体化、新能源汽车和农业温室等领域的实际应用开拓新局面。这项研究的成果证实了高效 ST-OPV具备多功能性和地理适应性等多重优势，可用于建造可持续、节能的智能窗户，且不影响建筑设计完整性，商业化前景相当广阔。」

展望未来，研究团队会致力就提升ST-OPV的长期稳定性提出创新方案，并推动其向大面积太阳能组件发展，实现ST-OPV的商业化应用。

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