Abstract
摘要 染料敏化太陽能電池(dye sensitized solar cells)多使用液態電解液，而液態電解液會造成製程時封裝的困難，包括漏液、電解液易揮發、無法有效阻隔水氣與氧氣的入侵。這些問題會造成環境污染與電池壽命不佳等問題。因此，科學家發展出固態及準固態電解質來改善此問題，但此二類電解質一般對染敏電池的二氧化鈦奈米薄膜的滲透性較差，造成電池本身光電轉換效率低下，雖有較佳電池壽命但仍然不具實用性。本實驗為求染料敏化電池能真的具有商用的可行性，特針對準固態電解質的滲透性作三種製程上的改良，皆具有不錯的成果。 第一種製程，本實驗成功將以在工業界使用多年的PVB高分子加工，希望可做出內含染料敏化太陽能電池的安全性膠合玻璃，本實驗令PVB成為染料敏化太陽能電池的固態電解質，其離子導電度最高可達1.1 x 10-3S/cm，使用此導離子PVB薄膜的元件經EIS測試實了發現此類元件中第一個含四個半圓的EIS圖譜，證實了此導離子PVB薄膜產生另一組抗，而其光電轉換效率仍可達5.38%，約為使用液態電解液的94%，且元件壽命超過3000小時，總發電量也超過液態電池的2.92倍，此實驗可增加染料敏化電池的未來實用可能性。 第二種製程，本實驗利用有機溶劑對PVB高分子的可溶性，成功研發出染料敏化中第一個自發性臨場成膠(in-situ gelation)的準固態電解質，應用此ISG電解質的染料敏化太陽能電池元件光電轉化效率可達4.86%，約為使用液態電解液的98%，另外，為增加染料敏化電池對紫外光的抵抗能力，本實驗更在電解質中混入的紫外光吸收劑，可減少紫外光的傷害與增加元件壽命至超過2100小時以上。除此之外，此元件更用來驅動25平方公分(5 x 5 cm2)的電致變色元件，實驗證實電致變色元件的變色時間只需40秒，此實驗展示了未來結合產能的染料敏化電池與節能的電致變色元件之智慧節能窗的雛型。 第三種製程，為進一步控制電解質臨場成膠的時機，本實驗利用紫外光固化的機制製作新型的光固化型準固態電解質，此新型電解質相對於其他研究，不需經由高溫交聯反應，因此交聯的過程中染料不會因此劣化，元件的光電轉換效率也不會因此下降。應用此光固化電解質的染料敏化太陽能電池元件光電轉化效率可達4.92%，約為使用液態電解液的93%，此光固化電解質不僅改善了固有的準固態電解質的滲透性不佳的問題，其元件壽命已可達1500小時以上，此製程步驟簡單且易於工業化，對於未來染料敏化電池的商品化可能性的推進相信極具意義性。