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DSSC可印刷式電解質技術 綠能電池新創舉

2019-04-28 15:35經濟日報 張傑

全球積極尋求替代能源下,成功大學化工系李玉郎教授日前發表染料敏化太陽能電池(簡稱DSSC)可印刷式電解質技術,由於DSSC為太陽能電池中,製做成本最低,並可在低溫、簡單的製程製作,且具備可撓性、多彩性與可透光性等多樣特性,應用範圍廣泛,此一技術發表後,也吸引不少業界矚目。

被稱為第三代的奈米薄膜太陽電池的染料敏化太陽能電池DSSC,本身具半透明狀,適用於玻璃帷幕大樓,同時可作為遮陽、絕熱及發電利用的功能,達到建築物節能效益,並可用於建築屋頂、外牆發電用途。

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成功大學化工系李玉郎教授. 成大技轉育成中心/提供
成功大學化工系李玉郎教授. 成大技轉育成中心/提供

且DSSC透過一般室內光線,即可充電特性,可作為3C產品電池的輔助商品,適用於可攜式電子產品如電子計算機、手錶、電子字典、手機等用電量較小的產品,市場商機潛力龐大。

染料敏化太陽電池DSSC是由基板(玻璃或薄膜基板)、透明導電膜、半導體膜(光電極TiO2)、染料、電荷輸送材(電解質、溶劑),和由基板上鍍有透明導電膜、鉑觸媒等相對電極等所構成。

成功大學化學工程學系李玉郎教授表示,染料敏化太陽能電池發展一大問題,主要在於所使用的液態電解液,由於液態溶劑的揮發,會造成電池效率下降,壽命不佳,為解決此一問題方法,是以膠態或固態電解質,來取代液態電解質,降低溶劑的揮發及洩漏的現象。

而其中的電解質,扮演著相當關鍵角色,更決定染料敏化太陽能電池高性能或長效性的問題,甚至成為量產化的重要關鍵之一。李玉郎教授說,膠/固態電解質的電荷傳導性一般都小於液態電解液,且其高黏度性質,不利於膠/固態電解質在多孔性的TiO2光電極中滲透及灌注,而一般膠態電解液的灌注,必須在高溫下(~100℃)下進行,且電池光電轉化效率,也比相對應的液態電池低,製作程序亦相對較繁瑣。

有鑒於此,李玉郎教授研發團隊開發可印刷式的電解質時發現,在電池的組裝時,利用印刷壓力強迫電解質漿料,滲入電極中,此一方法不只可解決膠態電解質的滲入問題,大幅提升電池效率10%以上,更勝於傳統液態電解質效率,也是目前全球最高效率。

且在膠化劑PAN-VA及TiO2 filler的作用下,膠態電池的效率比液態電池高,亦可提升DSSC的穩定性及光電轉化效率,且由於是印刷式的程序,更可以發展成為捲軸式的電池生產程序,對於DSSC的量產,預期將有很大的影響,也讓不少電池大廠紛紛尋求合作機會。

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