染料敏化太阳能电池技术于3C的应用

　　随著全球石化资源的日益枯竭及CO2导致的温室效应，绿色替代能源的研发已成为必要的发展趋势。尤其以太阳能电池发展与应用最被瞩目。为扶植我国太阳光电产业成为下一波的明星产业，工研院于2006年成立太阳光电科技中心，募集优秀顶尖之研发团队，并结合产学研团队与国际合作，开发各种崭新且自主的太阳光电技术。在本次之DTF 3C产品节能技术与低功耗设计论坛中，由工研院太电中心童永梁博士，主讲「染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell；DSSC）」技术，以及目前业界的相关产业链、专利分析与3C产品的应用。

　　工研院童永梁博士。

　　太阳能电池的发展，从第一代单晶硅PN半导体形式，到第二代非晶矽、砷化镓（GaAs）等其它半导体材料，以薄膜化或多接面串接来提升转换效率，逐渐进化到强调低成本、制程设备与原料取得容易，且可弯挠的第三代太阳能电池，而其中以「染料敏化太阳能电池」（DSSC）发展最被看好。1991年第一个能源转换率8%的DSSC染料敏化太阳电池由Graetzel于Nature期刊上发表，其结构上大致是由两片ITO或FTO导电玻璃层内，以奈米尺寸的TiO2二氧化钛颗粒，涂布特制染料分子与KI3电解质所组成。

　　虽然DSSC电池量产品转换效率（5～11%），尚不能与已发展数十年的量产单晶硅薄膜电池与结晶矽电池动辄10~24%相比，但其选用原料成本低廉且较为无毒，加上可运用印刷技术的简单制程设备，每单位瓦特制造成本仅比矽晶型太阳电池的5~10%，同时DSSC转换效率不受日照角度影响，转换效率随温度上升而增加，有比较佳的累积发电量。矽晶太阳能电池受限于环境温度拉高时转换效率会降低，一般适合安装在较高纬度（天气较冷）地区；而染料敏化太阳能电池则是不受温度与日照角度影响，因此在日照充足、气温炎热地区如台湾，竞争力也会优于矽晶太阳能电池。

　　特别是DSSC产品具备可挠性与可透光性，能搭配不同颜料呈现不同颜色外观，以及凭室内光源也能发电的特性，适合于需要大量空调与照明电力负载的现代化玻璃帷幕大楼，同时作为遮阳、绝热及发电利用，达到建筑物节能与再生电能的双重能源效益，因此DSSC染料敏化电池极可能成为下一世代广泛应用的太阳能技术，其应用市场可说相当广泛。

　　2009年开始，如日本写真印刷、Sharp、Panasonic、Sony、Samsung、TDK、Fujikura、Peccell、Solaronix等大厂均积极布局。而从上游到下游，无论是TCO导电镀膜玻璃，TiO2二氧化钛、印刷技术、染料与电解液，以及产品的封装技术，国内都有自给自足的制作技术，目前正是国内厂商趁早卡位布局的时机。

　　若要做可携带的太阳能电池的3C装置，动辄至少几十到几百平方公分面积的光电板模块设计，形成了可携体积上的限制。但常在3C产品能见到的锂电池，受限于能源储存密度理论极限3，000mAh来看，下世代可携式能源，也许可从太阳能电池免费充电，搭配锂电池的储存密度两相配合来达成。

　　目前像英国G24发明可携式可卷曲的太阳能充电塑料垫，转换效率仅2.5%，但可以充手机电源，整组售价20美元。在日本2009年Eco Products Fair环保产品展览会上，也有不少大约如3.2寸屏幕的智能型手机大小的太阳能充电器，可以凭借日光或室内光源，来对较小型的3C装置如Mp3随身听充电。但受限于目前太阳能电池转换效率仍太低、制造成本与发电成本仍然偏高的情况下，产品的附加成本与售价能不能为消费者所接受，是一项严肃的课题。