染料敏化太阳能电池 (Dye-sensitized solar cells, DSSCs)是继硅晶太阳能电池及薄膜太阳能电池之后的第三代太阳能电池，其特点是在微弱光源下也可发电，亦即室内光源即可发电；也因其具备可挠性、染料多彩性与可透光性等特点，应用范围广泛；另外，由于制备工艺简单、材料价格便宜、生产成本低，因此染敏电池极具市场发展潜力。 成功大学光电科学与工程学系陈昭宇老师研究团队近年来致力于染料敏化太阳能电池材料与器件、工艺及光电性质之研究，同时亦积极进行产学合作计划。光焱科技于上周前往『成功大学染料敏化太阳能电池产学技术联盟』核心实验室进行实地参观与技术交流，本文将介绍该研究团队最新的研究发展，并简述染敏电池的制备过程与未来应用发展。 1 微波水热法合成二氧化钛 在陈昭宇老师研究团队最新的研究论文中提出，利用微波水热法合成二氧化钛 (TiO2)，用以制成柔性染料敏化太阳能电池。该实验室使用环六亚甲基四胺(HMTA)作为掺杂剂，来制备碳/氮掺杂二氧化钛多孔质球珠。研究发现，水热时间对结晶度、晶粒尺寸及掺杂碳/氮的二氧化钛球珠有显著的影响。此外，由于碳/氮染料分子激发态的能阶高于二氧化钛的导电带，因而能提升二氧化钛在可见光中的光反应能力，改善器件的性能表现。
图二、(A) 前驱体粒子；(B) 经五分钟水热后的二氧化钛球珠
图三、器件效率在不同水热时间下的表现 2 染料敏化太阳能电池制备过程概要 将奈米尺寸的二氧化钛微粒透过网印方式，附着在具有导电膜的玻璃或薄膜基板上，接着进行高温烧结制作出半导体光电极；而相对电极，则是使用对透明导电膜进行铂的蒸镀而形成。二氧化钛的厚度约10μm，因具有奈米大小的孔洞，使二氧化钛多孔质球珠能吸附更多染料，获得更多的光吸收，进而大幅提升电流值。
图三、染料敏化太阳能电池器件制备过程 3 染料敏化太阳能电池与硅太阳能电池的优势比较
4 未来应用发展 目前染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高达12.3%，虽然相较于其他类型的电池效能表现较低，但由于拥有半透明特性，适合应用于玻璃帷幕大楼，同时也具备遮阳、绝热及发电利用的功能，达到建筑物节能效益；而染料敏化太阳能电池可用一般室内光线充电，可作为3C产品电池的辅助商品，适用于可携式电子产品如电子计算器、手表、手机等用电量较小的产品，未来应用将可望直接附在手机上，或做成可折迭的外接式装置，或结合纺织品采用衣物涂布方式作为随身发电使用，市场商机潜力庞大。 |
