兼具低成本、應用廣優勢,有機太陽能發展狀況備受矚目

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 15 日 7:45 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

太陽光電技術長江後浪推前浪,各國科學家正如火如荼研發有機太陽能電池,運用聚合物或是有機生物來當作太陽能材料,就好比加拿大先前開發出大腸桿菌太陽能、中國研發出碳─塑膠串聯型有機太陽能。隨著研究發展不斷有新技術登場,但這些占盡低成本、應用範圍廣優勢的技術何時才能商業化?



太陽光電一直以來都是炙手可熱的再生能源技術之一,其中單晶矽與多晶矽太陽能電池為當今市場主流,發展最久、技術也最成熟,再生能源目前能與傳統燃煤發電廠相競爭,該技術更是功不可沒。只不過再生技術公司 NextGen Nano 商業主管 Matthew Stone 表示,雖然矽晶太陽能比其他太陽光電技術更具優勢,但還是有許多挑戰待解決,像是效率、耐用性與成本難題。

Stone 指出,這些是原材料「矽」本身的問題,矽晶太陽能板易碎、昂貴又笨重,且矽半導體製程中還會產生鎘化合物、四氯化矽、六氟乙烷和鉛等有害物質。

因此新一代太陽光電技術應運而生,不少科學家開始使用有機、生物材料或是奈米科技來發電,雖然尚未跨出實驗室,但這些技術能提供更多種太陽光電解決方案,有望再次突破光轉換效率。

有機太陽能可使用便宜、可回收的有機聚合物材料,不僅能透過低價材料與簡易印刷技術製成半透明、柔軟、可撓樣式,且只要幾個月就能達成損益兩平,相較之下矽晶太陽能需要好幾年的時間才能收回成本。過去研究也指出,運作壽命長達 20 年的有機太陽能電池成本大概會落在每 KWh7 美分,而 2017 年美國平均電費為 10.5 美分。

然而有機太陽能研發關卡多,光電轉換效率與穩定性都不高。相較於矽太陽能的 15-22% 左右,有機太陽能效率可說是打對折,為此現在各國科學家都致力於提升有機太陽能的轉換效率與穩定性,像是今年 4 月美國密西根大學團隊串聯兩種有機材料,開發出轉換效率達 15% 的有機太陽能電池。

中國南開團隊 8 月時也透過串聯方式,將碳與塑膠兩種不同的有機材料層結合在一起,表示串聯型有機太陽能電池不僅可以克服材料分子結構鬆散難題,還可以充分發揮有機材料的特性,有效利用太陽光,最終將轉換效率提升至 17.3%。

加拿大英屬哥倫比亞大學則讓人體內惡名昭彰的大腸桿菌搖身一變成太陽能材料,開發出全新的生物太陽能(Biophotovoltaic,BPV),利用有機物可行光合作用的特性來進行發電。該團隊首先將有機染料置於大腸桿菌後進行基因改造,讓大腸桿菌可生產出大量茄紅素(lycopene),之後更在細菌上覆塗礦物質,把大腸桿菌變成另類的半導體,最後再將混合材料塗在玻璃表面來發電。

這些研究都有助於加速有機太陽能電池的進展,Stone 指出,新型太陽能適用於任何地方,電動車、飛機機翼、建築物甚至是衣服肩膀都可以裝置,未來有望讓任何設備與衣物都可以自發電。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖為矽晶太陽能示意圖,來源:Flickr/Steve Rainwater CC BY 2.0))

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