隨手一塗就能發電,太陽能染料研究獲進展

發佈日期: 2019 年 10 月 14 日 13:33 | 作者: | 分類: 產業資訊

太陽能板製造過程繁雜,經過熔爐拉棒、晶圓切片後,還要用酸性溶液、高溫來製造出深藍色的太陽能電池,不過隨著有機太陽能技術愈加成熟,未來或許只要覆塗一層太陽能電池「油漆」,就能讓任何物品發電。

太陽能價格過去 40 年降幅高達 99%,但新型太陽能塗料有望再次改變市場。美國堪薩斯大學物理學與天文學副教授 Wai-Lun Chan 表示,若太陽能塗料研發成功,就不需要用昂貴的設備製造太陽能電池,進一步降低太陽能技術成本。

過去也有許多團隊著手研究太陽能電池塗料,像是美國水牛城大學 2013 年與澳洲墨爾本皇家理工大學在 2017 年都有推出相關成果,但皆因為電池難吸收光線而作罷,澳洲研究員更稱太陽能塗料是 5 年內不可能上市的產品。

那麼要如何突破困境呢?一般矽晶太陽能是種多層結構,由上下電極與 P 型、N 型半導體等構成,當半導體吸收陽光時,PN 接面會產生電子電洞對(electron-hole pair),帶正電的電洞與帶負電的電子會分別向 P 型半導體與 N 型半導體移動,進而產生電流與電壓。

而在有機太陽能設計中,主動層是把電子施體(donor)與電子受體(acceptor)兩種有機材料均勻混合而成,電極與半導體也都會溶解成液體狀態,需要先進行分層才能接線發電,除此之外,有機材料內部的電子也不會移動,因此許多電子缺少配對物「電洞」。

根據堪薩斯大學團隊最新研究,他們發現 2D 半導體二硫化鉬的原子層可產生多個自由電子(Free Electrons),這些電子不會受缺少電洞影響,能在外電場的作用下發生定向運動,進而產生電流。

根據團隊發表在《Journal of American Chemical Society》的研究,目前已經研發出能用印刷製造、甚至變成特殊塗料的太陽能電池,除此之外,材料不僅便宜,還容易製造。Chan 指出,未來科學家或許能用這概念,製造出能用來畫畫的太陽能技術。

不過現在有機太陽能塗料還有許多進步空間,目前團隊尚未公布轉換效率或是相關原型,其他實驗室最高轉換效率也僅 15%,更存在著耐用性、穩定性等問題,但若太陽能染料研發有成,原先就劇有輕薄、低成本、易回收、可撓優勢的有機太陽能,將再添新戰力。

(合作媒體:科技新報。首圖為示意圖,來源:Flickr/Mountain/ Ash CC BY 2.0)

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