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。
研究人員基於FoMLUE值最優異的材料組合製成的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%。
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。
由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帶領的研究團隊成功 開 發 一 項 創 新 評 估 參 數FoMLUE ，用以評估光活性材料在半透明有機光伏電池中的應用潛力，為其廣泛商業應用奠定基礎。
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。
手機、穿戴裝置以至電動車的無線充電應用早已普及，但無線能源技術的下一步，並不止於把電力傳送出去。香港理工大學的研究團隊開展了一項突破性綜述研究，提出「無線能源互聯網」的技術路線圖，主張按實際需要直接輸出光能、熱能與機械能等非電能形式，建立如互聯網般靈活、高效的能源傳輸網絡，推動業界從「無線電能傳輸」邁向直接「無線能源轉換」。
在技術原理上，兩者的分別相當明顯。傳統無線電能傳輸系統，一般先把接收到的電能儲存在電池或超級電容器內，之後才輸出光、熱或動能；直接無線能源轉換則把傳輸的電能直接轉化為化學能、光能、熱能或機械能。也就是説，發射端送出的能量可直接「變成」照明的光、加熱的熱或驅動的動力，不必先為電池充電，中間的儲能與轉換程序得以省去，能量損耗隨之降低，整體效率有望提升，接收端的硬體配置亦可簡化。研究同時建立統一框架，將近場與遠場傳輸，以及無線充電、照明、加熱及馬達驅動（機械能）等不同應用整合起來，並歸納出相關技術的共通設計原則與未來發展方向。
這項研究由理大電機及電子工程學系電能工程講座教授兼電動車研究中心聯合主任鄒國棠教授，以及同系助理教授兼電動車研究中心經理劉偉教授領導。團隊一方面識別出無線能源轉換系統的共通技術原則與關鍵工程瓶頸，另一方面就標準化、網絡安全、能量收集及新興應用等領域提出發展方向，並列出必須克服的挑戰，為日後大規模應用提供重要參考。相關研究已發表於《自然綜述：電氣工程》（Nature Reviews Electrical Engineering），並先後於第50屆瑞士日內瓦「國際發明展」獲評審團嘉許金獎，以及在「第四屆亞洲創新發明展覽會 —— 香港」奪得全場總冠軍和金獎。
鄒教授指出，這次綜述研究在兩個技術層面具關鍵影響。他解釋，其一是確立具體且可行的設計路徑，範圍涵蓋發射端（原邊）控制、多頻補償網絡、安全傳輸及磁場定向傳輸等核心技術；其二是為未來產業標準、安全規範及應用優先順序提供策略性指引。他認為，這些成果將有助產業界選擇合適的產品架構，亦可協助政策制定者與投資者，識別推動商業化與大眾化所需的基礎設施。
從應用現況來看，將電能傳輸至電池的技術發展最成熟、應用亦最廣泛，便攜式電子產品及生物醫學植入裝置已見其身影，電動車和軌道交通領域的發展亦相當迅速。至於無線照明、加熱和馬達驅動，則在特殊應用場境中展現獨特價值，例如惡劣環境下的密封式馬達、車載儲能需求較低的移動機器人，以及適用於磁力共振成像（MRI）兼容機器人的電容式超聲波馬達。在這些場境中，傳統電纜、電池或複雜的接收端電子元件，往往難以維護或不適用。直接能源轉換系統另具輕量化、操作便捷、高效率、靈活性強及安全性高等優勢。
對大眾消費者而言，這項技術的意義更為貼身。電池可能因電芯缺陷、內部短路、過度充電或熱管理不善而發生故障，構成安全風險；無線供電技術的運作則更靈活、更可持續，有望縮小電池組體積，甚至讓車輛毋須自備儲能裝置。電池愈小，儲存的化學能愈少，相關的儲能安全風險自然相應降低，這正是無線能源轉換技術對日常生活最直接的價值。
不過，直接能源轉換雖可減低儲能風險，卻會衍生另一層面的安全考量。無線能源網絡目前仍要面對多項挑戰，其中最首要的是能量傳輸本身的安全問題，包括人體長時間暴露於電磁場的潛在影響，以及電磁波對周邊電子設備的幹擾，在公共場所和醫療設施等環境尤其令人關注。研究亦指出，系統的複雜性與性能限制同樣構成應用障礙，在高功率無線充電和無線馬達驅動方面尤為明顯。
劉教授補充，研究揭示了一項關鍵的商業轉化挑戰：現行標準多數只涵蓋特定應用，尤其是電動車無線充電；但在更廣泛的無線能源轉換領域，涉及安全、電磁輻射及互操作性的完整框架仍未完善。有見及此，團隊主張以系統性、整體性的方式設計無線能源系統，而非把各個能源轉換階段分開來各自優化。
研究團隊又把無線能源轉換歸納為四大類別：化學能（充電）、光能（照明）、熱能（加熱）及機械能（馬達驅動）。這四類技術足以涵蓋家居、工業、生物醫學，以至深海及深空探測等極端環境中的大部分應用場景。展望未來，無線能源網絡有望自動辨識不同裝置的具體能量需求，不論是化學能、光能、熱能還是機械能，並據此動態調整傳輸頻率、電磁場分佈及功率水平。
研究亦歸納出四項主要工程挑戰，分別是安全性、可擴展性、系統複雜性及性能表現，並就此提出四大優先發展方向。第一，應建立標準化接口，讓不同裝置能夠協商功率、識別接收端、交換數據、控制系統、處理故障並互相兼容。第二，發展一體化的能量加密與物理層保安技術，確保能量傳輸安全可靠。第三，針對航天應用開發輕巧、密封且耐輻射的耦合器、轉換器及中繼發射器，以連接衞星、太空站、探測車及行星基地。第四，強化電磁能量收集技術，重點包括高靈敏度接收器、超低功耗整流技術，以及結合環境能量收集與專用無線供電的混合架構。
「無線能源互聯網」讓能源在來源、介面裝置與用户之間以無線方式流動，有望實現靈活且非接觸式的能源傳輸。圖為理大研究團隊研發的原型裝置。
理大電機及電子工程學系電能工程講座教授鄒國棠教授(右)及助理教授劉偉教授(左) 帶領的研究為可傳輸光、熱與機械能的無線能源網絡鋪路。相關研究已發表於《自然綜述：電氣工程》，並分別於第50屆瑞士日內瓦「國際發明展」獲得評審團嘉許金獎及於「第四屆亞洲創新發明展覽會 —— 香港」獲得全場總冠軍和金獎。
適用於不同應用場景的無線能源轉換系統硬體展示
理大電機及電子工程學系研究團隊展示其獲獎的無線能源技術成果
