由臺(tái)灣交通大學(xué)應(yīng)化系刁維光教授、中興大學(xué)化學(xué)系葉鎮(zhèn)宇教授與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL) Gratzel教授共同組成的研究團(tuán)隊(duì)，日前成功提高「染料敏化太陽(yáng)能電池」(Dye-Sensitized Solar Cell,簡(jiǎn)稱DSSC)的光電轉(zhuǎn)換效率到達(dá)13.1%，以紫質(zhì)分子取代釕金屬錯(cuò)合物作為關(guān)鍵材料，突破釕金屬錯(cuò)合物20年來(lái)光電轉(zhuǎn)換效率始終停滯在10-11%的困境，該研究成果已于今年11月4日發(fā)表于科學(xué)雜志(Science)，美國(guó)化學(xué)與工程雜志(C&EN News)以及科學(xué)美國(guó)人雜志(Scientific American)紛紛撰文報(bào)導(dǎo)該項(xiàng)重大突破，此為全球替代能源發(fā)展的重要里程碑。

研究團(tuán)隊(duì)指出，染料敏化太陽(yáng)能電池是最新世代的太陽(yáng)能電池之一，其具有低成本、高效能、制程簡(jiǎn)易、多色彩、可透視、可撓曲等傳統(tǒng)矽晶太陽(yáng)能電池所沒有的優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)受到學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界的廣泛注意，世界各先進(jìn)國(guó)家無(wú)不投入大量人力、物力進(jìn)行研發(fā)。

長(zhǎng)期以來(lái)，染料敏化太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料「染料」被釕(Ru)金屬錯(cuò)合物所主導(dǎo)，以釕金屬錯(cuò)合物為光敏染料所開發(fā)出來(lái)的DSSC元件，最高光電轉(zhuǎn)換效能一直維持在11.0 -11.5%之間，在過去十多年的發(fā)展中，其元件效能并無(wú)顯著提升，而且釕為稀有金屬且具有潛在的環(huán)境污染問題，因此研究學(xué)者們無(wú)不絞盡腦汁開發(fā)新的無(wú)釕光敏染料，這其中又以紫質(zhì)(porphyrin)分子作為光敏染料的DSSC系統(tǒng)最具發(fā)展?jié)摿Α?br />
研究團(tuán)隊(duì)指出，紫質(zhì)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(xiàn)綠色的色素，它在植物中吸收太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用而使二氧化碳與水轉(zhuǎn)換成糖類。紫質(zhì)分子在DSSC中所扮演的角色類似于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(yáng)光的可見光以及近紅外光部分再將之轉(zhuǎn)換為電能。

過去以紫質(zhì)分子作為光敏染料的元件效能不彰，部分原因是一般紫質(zhì)分子易于堆疊所造成，而交通大學(xué)應(yīng)化系刁維光教授與中興大學(xué)化學(xué)系葉鎮(zhèn)宇教授共同組成的研究團(tuán)隊(duì)，最近研發(fā)出一系列具推-拉電子基的高效能紫質(zhì)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(zhì)染料，經(jīng)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL) Gratzel教授之研究團(tuán)隊(duì)利用鈷(Co)錯(cuò)合物做為電解質(zhì)、并與有機(jī)染料Y123共吸附而將元件效能大幅提升，在模擬太陽(yáng)光一半強(qiáng)度照射下達(dá)到光電轉(zhuǎn)換效率13.1% (全太陽(yáng)光照射強(qiáng)度的效率為12.3 %)的世界紀(jì)錄，這是以釕金屬錯(cuò)合物作為光敏染料的DSSC元件自1993年發(fā)表10 %、2005年發(fā)表11%以來(lái)至今的最大突破。

具估計(jì)全人類能源的需求在2050年時(shí)會(huì)到達(dá)目前的兩倍，而目前全人類最主要的能源--石油將于未來(lái)四十年間用罄，世界各國(guó)科學(xué)家莫不積極尋找替代能源，預(yù)期該研究成果發(fā)表后，對(duì)于未來(lái)太陽(yáng)能產(chǎn)品的應(yīng)用發(fā)展有相當(dāng)大的助益。

*本文稿件來(lái)自臺(tái)灣，部分文字與中國(guó)大陸有出入，但不影響意義。