全球首創！全有機太陽能電池效率突破8.7% 環保能源新里程碑

國際研究團隊近日成功開發出全球最高效的全有機太陽能電池，透過創新的電極技術與層壓工法，將轉換效率提升至8.7%，較過往機型高出兩倍有餘。這項突破性進展為環保能源領域帶來嶄新曙光。

隨著全球氣候變遷議題發酵，太陽能需求持續攀升。然而，目前市佔率最高的矽晶太陽能板含有大量有害物質，在產品壽命終結時，其處理與回收不僅成本高昂，更可能對環境造成嚴重衝擊。即便是備受矚目的新一代鈣鈦礦太陽能電池，也因含有鉛化合物等有毒成分，在永續發展與安全處置方面仍存在隱憂。

為解決這些問題，科學家轉向研發全碳基有機材料製成的薄膜型太陽能電池。這類全有機太陽能電池不含任何重金屬毒物，報廢後可如同一般塑膠製品安全焚化，無論在處置成本或生命週期評估上都更為環保。

不過，現行全有機太陽能電池的轉換效率僅約4%，遠低於矽晶電池的27%與鈣鈦礦電池的26%，成為推廣應用的最大瓶頸。為此，日本金澤大學化學系中野雅裕副教授率領的研究團隊，攜手日本REIKO公司與加拿大皇后大學，終於突破技術限制。

研究團隊首先克服了有機透明導電材料的開發難題。傳統高導電有機材料需在強酸、強鹼或高溫（150°C以上）環境下製備，容易損壞有機基板與半導體層。團隊創新採用導電高分子PEDOT:PSS作為電極材料，僅需80°C低溫製程且無需酸鹼處理，就能達到薄膜太陽能電池所需的導電度（薄層電阻<70Ω/□）。

另一項關鍵突破在於多層結構的堆疊技術。傳統溶液製程中，上層塗佈的墨水可能損傷下層結構。研究團隊特別開發碳奈米管電極層壓工法，先將電極獨立製作於阻隔膜上，再與裝置本體貼合，完美保護底層有機薄膜不受破壞。

透過這兩項創新技術的結合，團隊成功將轉換效率從4.0%大幅提升至8.7%，為全有機太陽能電池的商業化應用邁出關鍵一步。這項技術特別適合應用於農地、穿戴裝置等環境敏感場域，其輕薄可撓的特性更能安裝於傳統太陽能板難以架設的位置。

研究團隊表示，未來將持續優化有機電極的導電性能，進一步提升轉換效率。這項研究成果已發表於《先進功能材料》期刊，為永續能源發展寫下嶄新篇章。

科技新知不漏接：立即訂閱SciTechDaily電子報