科學新知：2021 Advanced Materials, 近紅外材料：有機光伏的轉捩點
Advanced Materials (IF 30.849) 於2021年10月刊登美國洛杉磯加利福尼亞大學 (UCLA) Yang Yang等人的研究成果。擁有近紅外 (near-infrared, NIR) 吸收的有機半導體為有機光伏 (organic photovoltaic, OPV) 研究開闢了許多機會，例如：開發新的化學與合成方法。此外，也促使單結太陽能電池效率從不到5%提高到19%左右；也實現串聯、透明有機光伏 (transparent organic photovoltaic, TOPV)等新型結構。因此NIR供體/受體的概念成為一個轉捩點。本文主要回顧NIR吸收材料用於OPV的發展，以及強調分子內電荷轉移 (Intramolecular Charge Transfer, ICT) 效應對於有機半導體吸收窗口的調節，扮演了重要角色。
光學的吸收窗口，是評斷NIR材料的重要指標。根據低能量吸收窗口，作者們將 NIR光伏材料(p型(聚合物)和n型(富勒烯和非富勒烯))分為四類：700-800nm、800-900nm、900-1000nm及大於1000nm。分別探討各種類型的供體 (donor, D) 和受體 (acceptor, A) 單元的設計、合成和利用，並將各種D、A單元與吸收窗之間的結構與性能緊密連結一起，滿足不同應用的需求。
根據低能量吸收窗口，將NIR光伏材料分為四類。
NIR材料具備了近紅外光譜的吸收能力與良好的導電性，故能將光譜的吸收範圍擴大，加強有機光器件對光子的捕獲能力並影響有機太陽能電池(organic solar cell, OSC) 的發展。文中，也展示NIR材料的各種應用，包括：
(1)透明/半透明OPV：可應用於便攜式的集成太陽能充電裝置，發電屋頂和自供電型的溫室。
(2)串聯OPV：疊層器件結構能有效提升OSC的效率，能利用更大範圍的太陽光譜，有效減少光子以熱量形式損失。
(3)光電探測器：由於近紅外光在生物組織裡有長傳播距離與低衰減特性，故可應用於環境監測，臨床診斷，夜間監控和便攜式電子設備等領域。
最後則是探討下一代有機光伏與其他領域的新型NIR材料的挑戰和未來發展，包含以下幾個方向：材料設計、器件工程、器件結構與理論計算。
近紅外光在光電探測器的應用。
本文關鍵字：近紅外、Near-infrared、有機光伏、organic photovoltaic、有機太陽能電池、organic solar cell
