染料敏化太阳能电池DSSC效率到达13.1%

由台湾交通大学应化系刁维光教授、中兴大学化学系叶镇宇教授与瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL) Gratzel教授共同组成的研究团队，日前成功提高「染料敏化太阳能电池」(Dye-Sensitized Solar Cell,简称DSSC)的光电转换效率到达13.1%，以紫质分子取代钌金属错合物作为关键材料，突破钌金属错合物20年来光电转换效率始终停滞在10-11%的困境，该研究成果已于今年11月4日发表于科学杂志(Science)，美国化学与工程杂志(C&EN News)以及科学美国人杂志(Scientific American)纷纷撰文报导该项重大突破，此为全球替代能源发展的重要里程碑。

研究团队指出，染料敏化太阳能电池是最新世代的太阳能电池之一，其具有低成本、高效能、制程简易、多色彩、可透视、可挠曲等传统矽晶太阳能电池所没有的优势，因此近年来受到学术及产业界的广泛注意，世界各先进国家无不投入大量人力、物力进行研发。

长期以来，染料敏化太阳能电池的关键材料「染料」被钌(Ru)金属错合物所主导，以钌金属错合物为光敏染料所开发出来的DSSC元件，最高光电转换效能一直维持在11.0 -11.5%之间，在过去十多年的发展中，其元件效能并无显著提升，而且钌为稀有金属且具有潜在的环境污染问题，因此研究学者们无不绞尽脑汁开发新的无钌光敏染料，这其中又以紫质(porphyrin)分子作为光敏染料的DSSC系统最具发展潜力。

研究团队指出，紫质分子可视为一种人工叶绿素(chlorophyll)，叶绿素是一种众所周知使植物呈现绿色的色素，它在植物中吸收太阳光进行光合作用而使二氧化碳与水转换成糖类。紫质分子在DSSC中所扮演的角色类似于叶绿素分子在光合作用中所扮演的角色，它可以有效的吸收太阳光的可见光以及近红外光部分再将之转换为电能。

过去以紫质分子作为光敏染料的元件效能不彰，部分原因是一般紫质分子易于堆叠所造成，而交通大学应化系刁维光教授与中兴大学化学系叶镇宇教授共同组成的研究团队，最近研发出一系列具推-拉电子基的高效能紫质染料可有效克服分子堆叠问题，其中一种命名为YD2-o-C8的紫质染料，经瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL) Gratzel教授之研究团队利用钴(Co)错合物做为电解质、并与有机染料Y123共吸附而将元件效能大幅提升，在模拟太阳光一半强度照射下达到光电转换效率13.1% (全太阳光照射强度的效率为12.3 %)的世界纪录，这是以钌金属错合物作为光敏染料的DSSC元件自1993年发表10 %、2005年发表11%以来至今的最大突破。

具估计全人类能源的需求在2050年时会到达目前的两倍，而目前全人类最主要的能源--石油将于未来四十年间用罄，世界各国科学家莫不积极寻找替代能源，预期该研究成果发表后，对于未来太阳能产品的应用发展有相当大的助益。

*本文稿件来自台湾，部分文字与中国大陆有出入，但不影响意义。