透過簡易微波加熱材料,染料敏化太陽能轉換效率可提升至 8.31%

發佈日期: 2018 年 08 月 14 日 15:45 | 作者: | 分類: 產業資訊

對許多上班族來說,微波爐大概是個無所不能的多功能電器,而對科學家來說或許也是如此。澳洲福林德斯大學(Flinders)近期便透過簡單的微波加熱磷元素實驗,成功將染料敏化太陽能電池(DSSC)的轉換效率提升至 8.31%,同時進一步減少貴金屬鉑的需求。

染料敏化太陽能電池是一種相對低價的薄膜太陽能電池技術,多是由光敏電極和電解質所構成的半導體。其電池電極利用「染料」吸收太陽光並轉移電子,可透過噴塗或是印刷等簡易技術打造成可撓式太陽能、發展穿戴式設備,為太陽光電技術後起之秀。

只是雖然說是「相對低廉」,該技術仍需要使用鉑和釕等昂貴金屬,更會有遇熱衰退與耐用性等問題,因此染料敏化太陽能電池還無法達到商業化與量產規模。

而福林德斯大學為了縮短染料敏化太陽能電池與商業化門檻的距離,奈米研究人員利用磷烯(Phosphorene)與簡易微波技術,創造出既快速又可用的太陽能電池材料製造方法。

其中磷烯是一種 2D 物質,厚度為 0.5nm、差不多是頭髮的十萬分之一,可依照使用需求製成導體或絕緣體,導電性也可與石墨烯比擬,有望成為材料界下一代當紅炸子雞,研究指導教授 Joseph Shapter 指出,該材料也可以提升部分太陽能電池的轉換效率。

而為打造高效又便宜的染料敏化太陽能電池,團隊也想出低成本又簡易的磷烯製造方式。研究員首先將磷浸泡在特殊溶液,之後再微波加熱 10 分鐘,比起以前得花 15 小時複雜又耗時的方式,這種做法不僅又快又簡單。

實驗也指出,磷烯確實可大大提升染料敏化電池性能,成功將轉換效率提升至 8.31%、比傳統的鉑基染料敏化太陽能電池還要高。除此之外,磷烯也可用在其他太陽光電技術,研究發現該材料能有效提升奈米碳管-矽晶(carbon nanotube–silicon)太陽能電池的轉換效率。

由於研究初步有成,團隊相當看好磷烯的發展,福林德斯大學科學與工程學院教授 Christopher Gibson 認為,微波技術與溶劑研究有望提高磷烯的穩定性與耐久性,未來則會進一步研究如何大量生產磷烯。

這項研究也有望加速染料敏化太陽能電池電池的進展,實現低成本穿戴式太陽能衣服、汽車、3C 設備的夢想或許已不遠了。目前研究已發表在《Angewandte Chemie》、《Advanced Function Materials 》與《Small Methods》。

(首圖來源:Open Grid Scheduler / Grid Engine Flickr CC0 1.0。文/DaisyChuang)

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