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發布日期 2019 年 06 月 14 日 18:15 | 作者 Daisy Chuang | 

兼具環保與製造成本低的染料敏化太陽能（DSSC），何時才能抵達商業化？最近日本京都大學透過全新的分子染料，成功將轉換效率提高至 10.7%，團隊聲稱，進一步改進染料後，有機會將 DSSC 轉換效率提高至商業化標準的 15%。

目前 DSSC 還處在實驗室研發階段，為製造成本較低的有機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。而有別於主流矽晶太陽能，DSSC 優點在於原料成本低、製程簡易，再加上可透過噴塗或是印刷等簡易技術，對可撓式太陽能、穿戴式設備都大有幫助，可說是太陽光電技術後起之秀。

DSSC 原理是利用「染料」來吸收陽光並轉移電子，當染料吸收光後，被激發的電子會進入底下的二氧化鈦半導體（光電極），其中二氧化鈦層具有奈米大小的孔洞，可以提高表面積並吸附更多的染料，進而提升電流值，而剩下的染料會再透過催化劑與電解質產生氧化還原反應，反應後的電子會使染料分子還原，最終完成循環。

在該過程中，染料性能居關鍵地位，更是科學家的重點研究對象，過去各界多看好芳香環（aromatic ring）與紫質（porphyrin）組合，這種配方能轉換更多紅光，先前轉換效率也曾抵達 13% 紀錄。只不過研發新太陽能技術總是不容易，科學家發現電子處於激發態的時間過短，也很容易聚合，難成氣候。

對此，京都大學團隊決定開發全新染料，他們將紫質與亞甲基橋接材料（methylene bridged material）相融合，打造出新型的分子染料 DfZnP-iPr，研究指出，這不僅將轉換效率提升至 10.7%，也能克服電子激發時間短等缺點。

團隊認為未來進一步最佳化材料後，能將轉換效率提升至 15%，抵達商業化門檻。

隨著氣候變遷愈加嚴峻，近年來人們愈來愈關心化石燃料污染與環境議題，科學家得更努力改善太陽能、風力發電等再生能源性能，加速能源轉型並降低碳排放，京都大學整合細胞材料科學研究所（iCeMS）教授今堀博（Hiroshi Imahori）表示，如今團隊已順利提高太陽能轉換效率，未來也會進一步探索芳香族紫質染料，再度突破 DSSC 歷史紀錄。目前研究已發表在《Journal of the American Chemical Society》。

Breathing new life into dye-sensitized solar cells
（首圖來源：Flickr/Kimco Realty CC BY 2.0）