理大研究突破半透明太陽能電池效率紀錄 推動建築光伏一體化發展

透明太陽能電池能無縫整合於窗戶、螢幕等物品的表面，正引領可再生能源的前沿發展，但相關技術仍需克服多項關鍵挑戰，包括在透明度與能量轉換率之間取得平衡，兼具發電效能與美觀設計雙重優勢的半透明有機光伏電池（ST-OPV）因此成為研究熱點。香港理工大學（理大）研究團隊成功開發一項創新評估參數，可用以量度不同光活性材料在 ST-OPV中的應用潛力，篩選出最佳材料組合，推動研發高效ST-OPV，並為其用於智能窗戶及可持續建築奠定基礎。

ST-OPV擁有選擇性吸收陽光、生產成本低及環保等特性，在建築光伏一體化領域中展現出巨大發展空間。為了徹底釋發ST-OPV的應用潛力，科學界正嘗試結合不同光活性材料及利用先進器件工程技術，不斷提升ST-OPV的能量轉換率及穩定性等，同時讓電池的顏色更加自然，不會對建築物的外觀構成影響。

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李剛教授聯同研究員俞江升博士，利用他們建立的FoMLUE參數篩選了一系列經典光活性材料，通過分析材料的歸一化吸光度，評估其平均可見光透射率、帶隙和電流密度等關鍵參數。研究人員發現以FoMLUE值最優異的三元材料組合製成的ST-OPV，較同類型產品具備更佳的隔熱性能及運行穩定性，光能利用效率更高達6.05%，刷新半透明太陽能電池的效率紀錄。

此外，研究亦揭示了地理因素對ST-OPV性能表現的影響。為了探究ST-OPV太陽能窗戶的發電和節能效益，研究團隊建構了一個瞬態模型，模擬電池的功率輸出，從而分析其對建築空間冷暖負荷的影響。該模型應用於中國371個城市，結果顯示逾九成的城市實現了年度負荷的正向減排。地理分析更指出，夏季炎熱、冬季溫暖的地區最適合安裝ST-OPV玻璃窗戶，其在該些地區達到的年總節能量可高達1.43 GJ m⁻²。

研究題為「半透明有機光伏電池實現具廣泛地理適應性的可持永續智能窗戶」，成果已發表刊載於《自然通訊》期刊（Nature Communications）。

李剛教授表示：「太陽能窗戶作為新興的太陽能光伏應用，為建築光伏一體化、新能源汽車和農業溫室等領域的實際應用開拓新局面。這項研究的成果證實了高效 ST-OPV具備多功能性和地理適應性等多重優勢，可用於建造可持續、節能的智能窗戶，且不影響建築設計完整性，商業化前景相當廣闊。」

展望未來，研究團隊會致力就提升ST-OPV的長期穩定性提出創新方案，並推動其向大面積太陽能組件發展，實現ST-OPV的商業化應用。

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