太陽能電池新突破 興大、交大研究成果刊登科學雜誌

太陽能電池研發新突破！由中興大學化學系葉鎮宇教授、交通大學應化系刁維光教授與瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL) Gratzel教授共同組成的研究團隊，日前成功提高「染料敏化太陽能電池」(Dye-Sensitized Solar Cell, 簡稱DSSC)的光電轉換效率到達13.1%，以紫質分子取代釕金屬錯合物作為關鍵材料，突破釕金屬錯合物20年來光電轉換效率始終停滯在10-11%的困境，該研究成果已於今年11月4日發表於科學雜誌(Science)，美國化學與工程雜誌(C&EN News)以及科學美國人雜誌(Scientific American)紛紛撰文報導該項重大突破，此為全球替代能源發展的重要里程碑。

研究團隊指出，染料敏化太陽能電池是最新世代的太陽能電池之一，其具有低成本、高效能、製程簡易、多色彩、可透視、可撓曲等傳統矽晶太陽能電池所沒有的優勢，因此近年來受到學術及產業界的廣泛注意，世界各先進國家無不投入大量人力、物力進行研發。

長期以來，染料敏化太陽能電池的關鍵材料「染料」被釕(Ru)金屬錯合物所主導，以釕金屬錯合物為光敏染料所開發出來的DSSC元件，最高光電轉換效能一直維持在11.0-11.5 %之間，在過去十多年的發展中，其元件效能並無顯著提升，而且釕為稀有金屬且具有潛在的環境污染問題，因此研究學者們無不絞盡腦汁開發新的無釕光敏染料，這其中又以紫質(porphyrin)分子作為光敏染料的DSSC系統最具發展潛力。

研究團隊指出，紫質分子可視為一種人工葉綠素(chlorophyll)，葉綠素是一種眾所周知使植物呈現綠色的色素，它在植物中吸收太陽光進行光合作用而使二氧化碳與水轉換成醣類。紫質分子在DSSC中所扮演的角色類似於葉綠素分子在光合作用中所扮演的角色，它可以有效的吸收太陽光的可見光以及近紅外光部分再將之轉換為電能。

過去以紫質分子作為光敏染料的元件效能不彰，部分原因是一般紫質分子易於堆疊所造成，而中興大學化學系葉鎮宇教授與交通大學應化系刁維光教授共同組成的研究團隊，最近研發出一系列具推-拉電子基的高效能紫質染料可有效克服分子堆疊問題，其中一種命名為YD2-o-C8的紫質染料，經瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL) Gratzel教授之研究團隊利用鈷(Co)錯合物做為電解質、並與有機染料Y123共吸附而將元件效能大幅提升，在模擬太陽光一半強度照射下達到光電轉換效率13.1 %{全太陽光照射強度的效率為12.3 %)的世界紀錄，這是以釕金屬錯合物作為光敏染料的DSSC元件自1993年發表10 %、2005年發表11 %以來至今的最大突破。

具估計全人類能源的需求在2050年時會到達目前的兩倍，而目前全人類最主要的能源--石油將於未來四十年間用罄，世界各國科學家莫不積極尋找替代能源，預期該研究成果發表後，對於太陽能產品的應用發展有相當大的助益。