有機太陽能電池轉換效率的進步速度，可說是一日千裡，4 月份才有科學家突破 15% 的紀錄，近日中國南開大學團隊更是將效率提升至 17.3%，還表示突破到 20% 以上並非不可能。
矽晶太陽能為目前最常見的成本效益比最高的太陽光電技術，商業化轉換率達 15%~22%，更有 20~25 年的可用壽命，只是由於其轉換效率預期難以再突破，因此科學家一直在尋找其他更高效率、低成本與無毒太陽光電技術。
其中，有機太陽能製作材料部分或全部為有機物，可溶解於油墨中、再用噴塗或是印刷製造，電池成本有望比一般矽晶太陽能電池還要低，具有可大量製造、價格低廉、材地柔軟可撓曲等特性，未來甚至可結合到衣服、窗戶或是汽車上。
但與此同時，它們也存有轉換效率低與穩定性不高等問題，因此目前尚未達到商業化。不過，近期有機太陽能轉換效率有所進展，以往效率僅停留在 11%~12% 左右，而美國密西根大學的科研團隊 4 月已開發出轉換效率達 15% 的有機太陽能電池，使用壽命更可達 20 年，可說是相當大的突破。
根據估計，假如有機太陽能轉換效率達 15%，並擁有 20 年的可用壽命，每度電僅 7 美分，美國平均電價則為每度電 10.5 美分，顯示有機太陽能的成本優勢相當大。
而近日，中國南開大學化學學院陳永勝教授領銜的團隊更帶來轉換效率高達 17.3% 的有機太陽能，並指出「材料分子結構鬆散」為有機太陽能電池轉換效率不高的原因之一，認為電子移動率低會限制活性層的厚度，無法有效利用太陽光。
有機太陽能電池的柔性特徵和本工作主要結果（圖：南開新聞網）
於是，南開大學團隊決定用透過串聯方式，將兩種不同的有機材料層結合在一起。納米科學與技術研究中心主任陳永勝表示，串聯型有機太陽能電池不僅可以克服上述難題，還可以充分發揮有機材料的特性，兩種不同的材料更代表著太陽能電池可吸收不同波段的光，能有效地利用太陽光，最終產生更多電流。
科學家透過不同材料讓光吸收範圍相互互補，像是前側材料可吸收 300~720 納米波長的光，另一材料則負責 720~1,000 納米。就好比現在也有團隊將矽晶結合鈣鈦礦太陽能，讓鈣鈦礦負責將綠光、藍光轉換為電能，矽則負責紅光、近紅外光。
「依據我們提出的半經驗模型預測，有機太陽能電池(墊層)的最高轉化效率理論上可以達到20%以上。本次工作中，我們同時也對電池的壽命進行了初步試驗，發現166天實驗後電池效率僅降低4%。未來，我們將繼續設計新的材料，在進一步提高能量轉化效率的同時，針對電池壽命問題進行系統的實驗，爭取讓有機太陽能電池早日從實驗室走向實際應用。」陳永勝說。
團隊也相當看好有機太陽能的發展與應用，認為該技術距離商業化不遠，陳永勝博士甚至將有機太陽能與 OLED 相比較，並表示 OLED 所使用的材料與有機太陽能差不多，其物理原理也是一樣的，只是不同方向而已：一個是將太陽能轉換成電力，OLED 則是將電轉換成光。
目前 OLED 已經達成商業化，也被廣泛用於手機與高階電視，因此陳永勝認為有機太陽能或許可在五年達成商業化。該研究已發表在《Science》。
（來源:電子工程專輯）