離商業化更近一步?全新染料敏化太陽能效率已達 10.7%

兼具環保與製造成本低的染料敏化太陽能(DSSC),何時才能抵達商業化?最近日本京都大學透過全新的分子染料,成功將轉換效率提高至 10.7%,團隊聲稱,進一步改進染料後,有機會將 DSSC 轉換效率提高至商業化標準的 15%。

離商業化更近一步?全新染料敏化太陽能效率已達 10.7%

目前 DSSC 還處在實驗室研發階段,為製造成本較低的有機薄膜太陽能電池技術,多是由光敏電極和電解質所構成的半導體。而有別於主流矽晶太陽能,DSSC 優點在於原料成本低、製程簡易,再加上可透過噴塗或是印刷等簡易技術,對可撓式太陽能、穿戴式設備都大有幫助,可說是太陽光電技術後起之秀。

DSSC 原理是利用「染料」來吸收陽光並轉移電子,當染料吸收光後,被激發的電子會進入底下的二氧化鈦半導體(光電極),其中二氧化鈦層具有奈米大小的孔洞,可以提高表面積並吸附更多的染料,進而提升電流值,而剩下的染料會再透過催化劑與電解質產生氧化還原反應,反應後的電子會使染料分子還原,最終完成循環。

在該過程中,染料性能居關鍵地位,更是科學家的重點研究對象,過去各界多看好芳香環(aromatic ring)與紫質(porphyrin)組合,這種配方能轉換更多紅光,先前轉換效率也曾抵達 13% 紀錄。只不過研發新太陽能技術總是不容易,科學家發現電子處於激發態的時間過短,也很容易聚合,難成氣候。

(Source:京都大學)

對此,京都大學團隊決定開發全新染料,他們將紫質與亞甲基橋接材料(methylene bridged material)相融合,打造出新型的分子染料 DfZnP-iPr,研究指出,這不僅將轉換效率提升至 10.7%,也能克服電子激發時間短等缺點。

團隊認為未來進一步最佳化材料後,能將轉換效率提升至 15%,抵達商業化門檻。

隨著氣候變遷愈加嚴峻,近年來人們愈來愈關心化石燃料污染與環境議題,科學家得更努力改善太陽能、風力發電等再生能源性能,加速能源轉型並降低碳排放,京都大學整合細胞材料科學研究所(iCeMS)教授今堀博(Hiroshi Imahori)表示,如今團隊已順利提高太陽能轉換效率,未來也會進一步探索芳香族紫質染料,再度突破 DSSC 歷史紀錄。目前研究已發表在《Journal of the American Chemical Society》。
Breathing new life into dye-sensitized solar cells
(首圖來源:Flickr/Kimco Realty CC BY 2.0)
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