提升有機太陽能電池光電轉換效率助減碳

嘉賓: 香港理工大學理學院院長、智慧能源研究院副院長、化學科技講座教授黃維揚教授

「我是黃維揚，現任香港理工大學應用生物及化學科技學系講座教授，同時也是理學院的院長。我目前主要從事新型高性能光功能材料的設計、製備及光電應用方面的研究，尤其針對這些材料的發光性質，以及材料穩定性的科研工作，並實現了高性能的多種發光顏色的有機發光二極管。最近我們也實現了利用過渡金屬配合物提升有機太陽能電池的光電轉換效率。」

現時市面上新款的電視機，不少屏幕都用到OLED技術，OLED是有機發光二極管，是一種新型發光器件，OLED技術正在以多種方式改變我們的生活。

「OLED顯示屏能自主發光，提供更高的對比度，我們能看到更清晰、更真實的圖像，同時製備成本更低。OLED屏幕在寬闊的視角下，依然能夠保持原本的顏色和對比度，就算數個人從不同角度觀看螢幕時，他們所看到的圖像效果都是一樣的。OLED在顯示黑色或者暗色時，能源耗電量將進一步降低。OLED的超薄、柔性還可以實現新型「電子報紙」、「 電子書籍」，顛覆和改變傳統報刊和書籍，顯著降低紙的用量，實現可持續發展。OLED還可以與人工智能相結合，實現可穿戴虛擬顯示，改變目前信息顯示模式。發光材料是OLED的核心材料之一，也是我們的研究重點。最近，針對最難研發的深藍光發光材料，我們通過分子設計，得到了高性能具有熱激活延遲螢光特性的新型深藍色發光材料，這種材料具有多重共振效應，它的發光寬闊度非常窄，用這種深藍光材料製備的OLED實現了超過35%的外量子效率，為目前世界最高效率之一。

光電相關的科研的成果，不單可以為我們帶來更理想的觀影體驗，如何提高太陽能發電系統的光電轉換效，亦是這個領域的科學家的研究重點。

傳統單晶矽電池的製備具有製備工藝複雜、高污染等問題。與單晶矽電池相比，有機太陽能電池具備製備工藝簡單、超薄、柔性、環保等優勢。我們發現在金屬配合物可以有效地將活性層中的電子和空穴高效分離，提升有機太陽能電池的光電轉換效率，這工作有助於早日實現「雙碳」目標。最近，我們也實現了基於新型金屬配合物摻雜的有機太陽能電池光電轉化效率超過19%。有機太陽能電池的超薄、高柔性特點可以與可穿戴電子設備集成，利用太陽光實現可穿戴電子設備自主供電。」


科學家期望在未來，通過開發新的有機光電功能材料，協助應對能源危機。

「對於這兩種光電器件來說，未來的研究趨勢我覺得主要包括以下幾點，首先是需要從高性能活性材料的分子設計和器件結構設計兩個方面繼續提高光電轉換效率；另外要提高他們的穩定性及使用壽命，例如我們之前承擔的創新科技署創新及科技基金的項目就是針對高穩定、長壽命的藍光發光材料的研製；另外，有機半導體電子技術還促進了新興應用的發展，例如柔性顯示屏和可彎曲的電子設備。這為未來的技術創新提供了新的可能，隨著可穿戴設備的出現和可折疊智慧手機的普及，需要研究更薄、更靈活的活性材料，以便適應新型顯示和電源需求；最後，未來在實現活性材料的低毒性或無毒性，可有助於降低環境污染和實現可持續發展。總括來說，我們的研究主要試圖通過開發新的有機光電功能材料，實現可持續能源轉換技術，應對能源危機，為解決未來世界的能源問題作一點貢獻。」