染料敏化型太陽能電池專題系列(一) 012 有機薄膜太陽能電池簡介

利用導電性高分子(polymer)或是富勒(fullerene) 等組合而成的有機薄膜半導體太陽能電池，被歸類於第三世代太陽能電池。因為它構造及製程簡單，不需要電解液，光這幾點就已經非常具有優勢，再加上柔軟及壽命長等特色，所以讓科學家們趨之若鶩。但課題是光電變換效率不佳，如果是單層結構，現在也只發展到4～5%程度。
現階段多數太陽能電池主要以矽材料為主，應用在戶外發電，有成本高和只能封裝在玻璃等硬質基板上的缺點。而其他非晶矽或化合物半導體薄膜太陽能電池通常須高溫製程，雖然可製作在Flexible鋼質基板上，達到可撓曲的目的，但仍無法製作在塑膠基板上。因此，科學家們努力研究高效率、低成本、可彎曲、彩色化的有機系太陽能電池，希望能以列印或噴灑塗佈的方式將太陽能電池製作在塑膠基板上，製作成大尺寸的太陽能電池板，創造更生活化的應用，例如把太陽能電池變成可捲起來帶著走的行動電力，或可供人穿戴的太陽能電池衣，為隨身的可攜式電子產品提供電力，或者變成成卷的建築材料攤放在屋頂上，也可做成半透明或彩色化的太陽能電池貼在窗戶上。
有機太陽能電池具有質輕、可撓曲、透明、成本低廉及容易擴大尺寸、低溫製造等優點，但目前仍在應用研究的階段。但已成為繼有機發光二極體之後，各國材料、化工、奈米領域競相發展的研究主軸之一。
Konarka Technologies公司的有機薄膜太陽能電池
能夠捲繞生產的有機薄膜太陽能電池產品
Konarka Technologies公司Power Plastic®(有機薄膜太陽能電池)
現階段光電變換效率最佳6.5%的有機薄膜太陽能電池
至於多接面結構，美國University of California，Santa Barbara校(UCSB)的2000年諾貝爾化學獎得主Alan J. Heeger教授與南韓光州科學技術院的Kwanghee Lee教授 合作，發表有6.5%的成績 。其構造是利用兩種不同高分子材料堆疊而成的堆疊型(tandem)成有機薄膜太陽能電池，可吸收不同波長以增加效率。目前此領域仍持續的在探索可能達成高效率的新材料 。
早期在2002年時有機高分子聚合物與無機半導體奈米棒複合材料型太陽能電池(polymer/inorganic nanorods composites)由Dr. Alivisatos 率先將CdSe奈米棒(nanorods)與P3HT有機高分子混合在一起，然後將這個混合物塗佈在透明電極上，薄膜厚度為200nm，最後以鋁與薄膜接觸，當成另一個電極，形成「電極-混合物-電極」的三明治結構。奈米棒的角色就像是導線，當薄膜吸收陽光，便產生電子與電洞，電子循著奈米棒行進，直到接觸到鋁電極為止，而電洞則朝著另一方向行進，直到接觸到透明電極為止。
有機高分子與無機半導體混合在一起的好處是可以一起保有兩者的優點。無機半導體具有優良的電子特性，而有機高分子聚合物則可以在室溫下溶解製造，降低製作太陽能電池的成本，並可以將溶液塗佈在塑膠等柔軟的基板上。由於發展的歷史並不長，發電效率偏低，目前光電轉換效率2～3%，研究的方向在於提高元件的光電轉換效率及穩定性。
An organic cell on a flexible substrate heliatek