有機太陽能電池效率卡關？科學家破解「慢速電流」之謎

德國開姆尼茨工業大學光學與凝聚態光子學講座教授Carsten Deibel率領的研究團隊，與多家合作機構正致力於開發採用創新有機半導體材料的太陽能電池。這項技術最大優勢在於能夠運用成熟的印刷製程量產，研究團隊透過跨領域合作，試圖從根本理解這類光伏裝置的運作機制，以進一步提升其效能。

「有機太陽能電池最吸引人之處，在於它能透過印刷技術實現低成本、大規模生產。」Deibel教授指出。不過相較於傳統矽晶太陽能模組，有機太陽能電池存在一個關鍵劣勢——電流傳輸速度異常緩慢。

研究團隊成員Maria Saladina博士解釋：「由於這類電池是採用特殊『墨水』印刷製成，其吸光有機層的分子排列呈現高度無序狀態，這正是導致電流傳輸效率低下的主因。」這種緩慢的電子與電洞傳輸會產生所謂的「傳輸阻抗」，進而降低電池的填充因子與整體發電效能。

為深入探究此現象，研究團隊製作了多種有機太陽能電池樣本進行全面分析。他們透過測量光照下的電流-電壓特性曲線，系統性研究電荷生成、復合與傳輸三者間的互動作用，這些資料直接反映了電池的能量轉換效率。

特別值得一提的是，團隊創新採用「suns-Voc方法」建構出另一組電流-電壓曲線，成功排除了傳輸阻抗等電荷損耗因素的幹擾。Saladina博士強調：「傳輸阻抗本質上源自於有機墨水製程所導致的分子無序排列，當電荷載子移動速度過慢時，反而會彼此阻礙，造成填充因子下降。」

這項突破性研究成果已發表於《物理學進展報告》。雖然新發現意味著有機太陽能電池的最佳化策略需要重新評估，但研究團隊確信這並不會阻礙高效能印刷有機太陽能電池的發展前景。

在同期發表於《先進能源材料》的觀點論文中，第一作者Chen Wang與Deibel教授、Saladina博士等人更深入剖析了傳輸阻抗的物理本質及其對太陽能電池的影響機制。Deibel教授坦言：「過去數年來，雖然學界持續改善電荷傳輸效率，但對於填充因子損耗與傳輸阻抗間的確切關聯始終缺乏明確認知。」

Saladina博士補充道：「我們發現除了復合效應外，有機太陽能電池的態密度分佈形態也直接影響傳輸阻抗。這些發現顯示，我們正逐步揭開這類光伏裝置的物理運作原理。」目前這項研究仍在德國研究基金會（DFG）支援的POPULAR研究計畫框架下持續推進，目標是徹底理解並最佳化印刷有機太陽能電池的效能表現。