染料敏化型太陽能電池專題系列(二) 034 DSSC重要技術發展歷程：2006年以後

本篇文章介紹2006年以後DSSC重要技術發展。
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以下按時序簡單介紹DSSC重要技術：

Sharp繼2005年公布單片電池的效率10.4%，模組化後6.32% 成功經驗後，2006.6.23，發表達成光電轉換率11.1%(AM 1.5, 100mW/cm2, AIST評估)的black dye (Area=0.219cm2, VOC=0.736V, JSC=20.9mAcm-2, ff=0.722) 。此款使用black dye的DSSC，創下世界記錄，Sharp至今仍保有此記錄 。
2006年東京理科大荒川研究團隊採用N719和black dye以外的敏化染料β-diketonate(β-二酮酸鹽)，由產總研太陽光發電中心進行評價，光電轉換效率為10.2%。這是世界上第三支光電轉換效率超過10%的敏化染料。2007年的研究成果是10.7%。

β-diketonato染料
2007.10.02 TDK Corporation在CEATEC Japan 2007上展出了使用高分子薄膜PEN基板的染料敏化型太陽能電池，光電轉換效率為1cm2單元7.2% 。雖說染料敏化型太陽能電池的光電轉換效率已達11%，但在使用「非燒結」製程上，此產品的數值是目前世界上的最高水準。TDK以氧化鋅取代了二氧化鈦，因為氧化鋅可以使用低溫製程，耐熱性比較差的塑膠基板等也可以使用。整個工序中的溫度最高只有80℃(乾燥過程中)。

TDK非燒結染料敏化型太陽能電池

2008.01.23 瑞士Michael Graetzel與東京大學先端科學技術研究中心特任准教授內田聰，於Angewandte chemie international edition發表新型染料敏化型太陽能電池，光電轉換效率高達7.2%，是目前吲哚(indoline)染料中效率最高的電池。所使用的D205，在非Ru系中相當受矚目。


D205吲哚染料

2008.4.12 Michael Graetzel的專利保護到期(特許2664194、優先權主張 1988.2.12瑞士(CH) 00505/88-3)。
2008.11.18 NEDO 發表不使用貴金屬的MK色素(carbazole,咔唑)電池 ，其單電池光電轉換效率為7.6%，是目前已知此型色素中效率最好的成果。此新型電池使用的是具有機寡聚物構造的凝膠化劑與難以揮發的離子性液體所構成的電解質，能提高光電轉換效率與耐用性。目前已知其使用低沸點有機溶媒系電解液，100小時內耐久性可達2000小時以上。若使用離子液體型電解質型電池，光電轉換效率為7.6%。若是凝膠電解質型電池，光電轉換效率則為5.5%。


有機色素MK-2, 有機電解質與凝膠型電解質


染料敏化型太陽能電池重要技術發展歷程
年代 學者 主題
1887 James Moser 發現染料受光激發後，電荷有往半導體導電層移動(染料敏化)的現象
1839 Henri Becquerel 於金屬電極上塗佈氧化銅(CuO)或鹵化銀(AgX)會產生光電效應 (設計染料敏化電極的概念源於光電化學式太陽能電池)
1960 德國 Tributsch 利用rose bengal等有機紅色染料(孟加拉玫瑰素)與吸附於半導體氧化鋅平板滑電極上來進行光電轉換
1976 日本
坪村宏、松村道雄 發表利用多孔性ZnO當作電極，rose bengal為染料，獲得光電轉換率1% (於563nm波長)DSSC
1979 Anderson等人 利用羧基(carboxyl group)讓半導體表面緊緊與釕(Ru)聯砒啶(bipyridyl)染料結合的相關研究
1988 瑞士Michael Graetzel團隊 以多孔性多結晶金屬氧化物、單分子發色團層與電解質構成的再生型光化學電池申請專利(JP特許2664194，US 4927721，EP 0333641)
1991 瑞士Michael Graetzel團隊 發表二氧化鈦 電極上吸附N3-dye，光電轉換率7.12%
1993 瑞士Michael Graetzel團隊 發表濕式Red-dye之DSSC，光電轉換率10.0%
1998 Tennakone研究團隊 發表p-CuI全固態型DSSC，光電轉換率為4.5%
1998 瑞士Michael Graetzel團隊 發表濕式black-dye之DSSC，光電轉換率10.4%
2000 日本東芝 發表固態電解質DSSC，光電轉換率7.3%
2001 Hagfeldt研究團隊 發表塑膠薄膜型DSSCs，光電轉換率4.9%
2002 日本W. Kubo et al. 發表利用離子性液體之擬固態電解質DSSC，效率5.0%
2002 日本Sharp 發表利用有機高分子凝膠固態型DSSC，光電轉換率為7.51%
2003 瑞士Michael Graetzel團隊 發表濕式N719-dye之DSSC，光電轉換率10.58%
2004 瑞士Michael Graetzel團隊 發表新式高效能之DSSC，光電轉換率11.04%
2004 瑞士Michael Graetzel團隊 發表Z-910之DSSC，光電轉換率10.2%
2005 瑞士Michael Graetzel團隊 發表二氧化鈦電極上吸附K8-dye以及K9-dye(在聯吡啶配位基上引入更多的π共軛鏈進而增加光吸收範圍)，光電轉換率11.18%的N917 dye
2006 日本東京理科大荒川團隊 採用β-diketonato(β-二酮酸鹽)，光電轉換效率為10.2%。這是世界上第三支光電轉換效率超過10%的敏化染料
2006 日本Sharp 發表達成光電轉換率11.1%的black dye
2007 日本TDK 使用高分子薄膜PEN基板，非燒結的DSSC，光電轉換效率為1cm2單元7.2%
2008.4.12 瑞士Michael Graetzel團隊 特許2664194專利保護到期
資料來源：本研究整理