2023 年台湾立法院三读通过《再生能源发展条例》修正草案，规定未来新增建或改建的建筑物达一定规模以上者，必须设置一定容量以上之太阳能光伏发电设备，让台湾可再生能源发展有新进展。
这道草案正式上路后，虽然可望提高台湾光伏发电量，但对于喜欢在屋顶种植花草树木的人来说，却是一个扰人的问题。由于现行的矽晶光伏板会挡住植物所需要的阳光、影响植物生长，因此倘若铺设光伏板，势必得放弃屋顶农园或花园，令人感到可惜。
有没有方法能够让光伏与植物共荣发展、提高屋顶利用率？答案就是「有机光伏装置」 （OPV, Organic Photovoltaic）。
有机光伏装置的诞生，可望解决矽晶光伏板与植物争抢阳光的状况，达到与自然共荣的目标。 （影像来源：国立阳明交通大学物理研究所孟心飞教授）
国立阳明交通大学物理研究所孟心飞教授指出，传统的矽晶光伏板就像一块厚片吐司，遮光性强无法透光，但有机光伏板的透光率可控制在10%到30% 左右，虽然发电效率比不上矽晶光伏板，却可以创造土地复合式利用的加值效益。
有机光伏板可以提高透光率的主要原因，在于它和传统矽晶光伏板的制程大不相同。传统矽晶光伏是在真空环境下运用高温让原子气化再形成柱状晶体后切割，而有机光伏板则是将有机材料涂布在玻璃基板上，待其风干后就形成一层薄膜，也就是有机半导体。相较于矽晶体，有机半导体不只可以和光照作用产生正负电荷及电流，有机薄膜搭配半透明薄金属电极之后透光率也较佳。
之前，孟心飞及台师大赵宇强率研究团队在雾峰农业试验所建置示范性应用，证实在 20 几片有机光伏板的覆盖下，蔬菜也能顺利照到阳光生长。另外，孟心飞也与同校的环境工程研究所高正忠合作「绿屋顶示范」计画，在环工馆屋顶架设20几片有机光伏板，并在下方建置环工所自行开发的「DIYGreen零废弃循环型屋顶农园」，兼顾发电与农作的双重效益。
用独特技术提升发电效率与使用年限
不只建置示范性应用，孟心飞及赵宇强近年来亦积极投入有机光伏元件、模组和制程工艺的研究，希望提高大面积有机光伏模组的发电效率和使用年限。 「以A4大小的玻璃基板来看，藉由我们创新研发的刮涂工艺法和模组设计，让发电效率由5%成长到11% ，室外使用年限预估为3到4年，皆领先国际研究，」孟心飞说。
先就发电效率来看，有机溶液涂在玻璃基板表面时，必须要薄且均匀，发电效率才会高。然而传统大面积基板使用的狭缝涂布法，是利用压力将有机溶液从狭缝中挤出去，具有不容易精准控制速率、设备复杂且管线多等缺点。相较之下，孟心飞团队使用的刮涂工艺法则是用很细的针头将溶液滴在圆柱体底部，利用毛细现象原理，使圆柱体下的溶液扩散到基板上，在简单、价格便宜且不需要精密控制的状态下，就能均匀涂布。
再就使用年限而言，为解决太阳光中的紫外线会导致有机物结晶、造成薄膜破损的问题，孟心飞团队透过材料的组合和设计，改善原本有机材料的结晶现象，进而大幅提升有机光伏模组在室外运作的稳定性，并让其在室外使用年限提升至3到4年，优于目前国际发表的文献。
对国土面积有限的台湾来说，土地如果只能做单一用途，免不了会引起各方产业竞逐土地资源，因此让土地复合式利用、提高土地利用效益，才是比较适合台湾的作法。有机光伏不只能兼顾发电与农耕需求，贴合现今「农电共生」的发展趋势，还能避免「假种田、真种地」的外界争议，并改善农作物因为光照不均匀致使品质良莠不齐的问题，加速推动台湾光伏发电的发展。
资料来源
- 采访国立阳明交通大学物理研究所孟心飞教授
※本文原刊载于科技大观园2023年7月31日〈让太阳能板不与植物抢阳光！专访国立阳明交通大学物理研究所孟心飞教授分享「有机太阳光电装置」〉，经同意授权Reccessary使用。
