染料敏化太陽(yáng)能電池技術(shù)于3C的應(yīng)用

　　隨著全球石化資源的日益枯竭及CO2導(dǎo)致的溫室效應(yīng)，綠色替代能源的研發(fā)已成為必要的發(fā)展趨勢(shì)。尤其以太陽(yáng)能電池發(fā)展與應(yīng)用最被矚目。為扶植我國(guó)太陽(yáng)光電產(chǎn)業(yè)成為下一波的明星產(chǎn)業(yè)，工研院于2006年成立太陽(yáng)光電科技中心，募集優(yōu)秀頂尖之研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并結(jié)合產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)與國(guó)際合作，開發(fā)各種嶄新且自主的太陽(yáng)光電技術(shù)。在本次之DTF 3C產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)與低功耗設(shè)計(jì)論壇中，由工研院太電中心童永梁博士，主講「染料敏化太陽(yáng)能電池（Dye-Sensitized Solar Cell；DSSC）」技術(shù)，以及目前業(yè)界的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、專利分析與3C產(chǎn)品的應(yīng)用。

　　工研院童永梁博士。

　　太陽(yáng)能電池的發(fā)展，從第一代單晶硅PN半導(dǎo)體形式，到第二代非晶矽、砷化鎵（GaAs）等其它半導(dǎo)體材料，以薄膜化或多接面串接來提升轉(zhuǎn)換效率，逐漸進(jìn)化到強(qiáng)調(diào)低成本、制程設(shè)備與原料取得容易，且可彎撓的第三代太陽(yáng)能電池，而其中以「染料敏化太陽(yáng)能電池」（DSSC）發(fā)展最被看好。1991年第一個(gè)能源轉(zhuǎn)換率8%的DSSC染料敏化太陽(yáng)電池由Graetzel于Nature期刊上發(fā)表，其結(jié)構(gòu)上大致是由兩片ITO或FTO導(dǎo)電玻璃層內(nèi)，以奈米尺寸的TiO2二氧化鈦顆粒，涂布特制染料分子與KI3電解質(zhì)所組成。

　　雖然DSSC電池量產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率（5～11%），尚不能與已發(fā)展數(shù)十年的量產(chǎn)單晶硅薄膜電池與結(jié)晶矽電池動(dòng)輒10~24%相比，但其選用原料成本低廉且較為無毒，加上可運(yùn)用印刷技術(shù)的簡(jiǎn)單制程設(shè)備，每單位瓦特制造成本僅比矽晶型太陽(yáng)電池的5~10%，同時(shí)DSSC轉(zhuǎn)換效率不受日照角度影響，轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而增加，有比較佳的累積發(fā)電量。矽晶太陽(yáng)能電池受限于環(huán)境溫度拉高時(shí)轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低，一般適合安裝在較高緯度（天氣較冷）地區(qū)；而染料敏化太陽(yáng)能電池則是不受溫度與日照角度影響，因此在日照充足、氣溫炎熱地區(qū)如臺(tái)灣，競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)優(yōu)于矽晶太陽(yáng)能電池。

　　特別是DSSC產(chǎn)品具備可撓性與可透光性，能搭配不同顏料呈現(xiàn)不同顏色外觀，以及憑室內(nèi)光源也能發(fā)電的特性，適合于需要大量空調(diào)與照明電力負(fù)載的現(xiàn)代化玻璃帷幕大樓，同時(shí)作為遮陽(yáng)、絕熱及發(fā)電利用，達(dá)到建筑物節(jié)能與再生電能的雙重能源效益，因此DSSC染料敏化電池極可能成為下一世代廣泛應(yīng)用的太陽(yáng)能技術(shù)，其應(yīng)用市場(chǎng)可說相當(dāng)廣泛。

　　2009年開始，如日本寫真印刷、Sharp、Panasonic、Sony、Samsung、TDK、Fujikura、Peccell、Solaronix等大廠均積極布局。而從上游到下游，無論是TCO導(dǎo)電鍍膜玻璃，TiO2二氧化鈦、印刷技術(shù)、染料與電解液，以及產(chǎn)品的封裝技術(shù)，國(guó)內(nèi)都有自給自足的制作技術(shù)，目前正是國(guó)內(nèi)廠商趁早卡位布局的時(shí)機(jī)。

　　若要做可攜帶的太陽(yáng)能電池的3C裝置，動(dòng)輒至少幾十到幾百平方公分面積的光電板模塊設(shè)計(jì)，形成了可攜體積上的限制。但常在3C產(chǎn)品能見到的鋰電池，受限于能源儲(chǔ)存密度理論極限3，000mAh來看，下世代可攜式能源，也許可從太陽(yáng)能電池免費(fèi)充電，搭配鋰電池的儲(chǔ)存密度兩相配合來達(dá)成。

　　目前像英國(guó)G24發(fā)明可攜式可卷曲的太陽(yáng)能充電塑料墊，轉(zhuǎn)換效率僅2.5%，但可以充手機(jī)電源，整組售價(jià)20美元。在日本2009年Eco Products Fair環(huán)保產(chǎn)品展覽會(huì)上，也有不少大約如3.2寸屏幕的智能型手機(jī)大小的太陽(yáng)能充電器，可以憑借日光或室內(nèi)光源，來對(duì)較小型的3C裝置如Mp3隨身聽充電。但受限于目前太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率仍太低、制造成本與發(fā)電成本仍然偏高的情況下，產(chǎn)品的附加成本與售價(jià)能不能為消費(fèi)者所接受，是一項(xiàng)嚴(yán)肅的課題。