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奈米光電池 快速選單

作者劉茂煌, 工研院材料所研究員

摘要在能源需求不斷成長,傳統石化能源又逐漸消耗殆盡的處境下,人類一直在尋找可以取代石化燃料的能量來源;而從源源不絕的太陽光中獲取所需的能量,一直是主要的研究方向。然而目前以半導體作為捕捉光子的材料,最大的瓶頸在於利用太陽能發電所需的成本太高,無法大規模地發展其應用,九十年代才出現奈米二氧化鈦光電池則有可能成為下一世代的太陽能電電池

關鍵字: 奈米晶體光電化學太陽能電池(Nanocrystalline Photo-electrochemical Cells,色素增感太陽能電池(Dye sensitized Solar cell),奈米二氧化鈦(Nano-Titanium dioxide)

從一億五千萬公里的太陽光照射到地球上所具有的能量, 若換算成電力總合的話大約有177兆千瓦的能量, 是目前全世界消耗電力 3.8億千瓦的五十萬倍左右。而這麼大的太陽光能源是我們日常生活中隨時可得的基本背景光源 , 又比現今使用的各種發電能源所產生的空氣水及輻射污染物而言是非常環保的。基於太陽能的應用優點, 太陽能電池已廣為被商品化應用於各種能源缺乏的地方。最近, 在考量燃燒石油所產生的地球暖化的防治上, 下一世代的太陽能電池更已被積極的開發應用。

太陽能是新能源開發利用最活躍的領域。目前市場上的太陽能電池主要是晶矽及非晶矽兩種。這兩種太陽能電池目前在應用上均有不理想的地方,前者的成本太高,而後者則面臨壽命短、效率低的致命弱點。90年代才出現奈米TiO2太陽能電池則有可能成為21世界人類利用太陽能的重要工具。

1991年,Michel Gratzel等人提出了以高比表面積的奈米多孔TiO2膜作半導體電極,以過渡金屬Ru以及Os等有機化合物作染料,並選用適當的氧化還原電解質研製出一種奈米晶體光電化學太陽能電池(Nanocrystalline Photo -electrochemical Cells,簡稱NPC電池),又名色素增感太陽能電池(Dye sensitized Solar cell, DSSC) 1997年該電池的光電轉換效率達到了10%~11%,短路電流達到18 mAh/cm2,開路電壓達到720mV1998年,使用固體有機空穴傳輸材料替代液體電解質的全固態Gratzel電池研製成功,其單色光電轉換效率達到33%,從而引起了全世界的關注

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