染料光敏化系列太陽能電池

有機太陽能電池的發展及其演進，可以分為： 染料光敏化系列太陽能電池 有機半導體系列太陽能電池

染料光敏化系列太陽能電池 染料光敏化系列太陽能電池 (Dye-Sensitized Solar Cell; DSSC)，是一種光化學電池，利用染料系列光敏化劑的光激發效應產生化學反應，進而產生光電流的一種電池。 在1991~1993年期間，瑞士的Graetzel教授發表了光電轉換效率可達7.1~10.0%的染料光敏化型太陽電池。

染料光敏化型太陽能電池基本結構及特性 是由半導體端的工作電極以及其對應的電極，相互地挾集而成的一種三明治結構，而在兩電極之間填充光敏化性染料以及電解質水溶液等

首先是吸收太陽光的能量，而激發光敏化染料分子呈激發狀態，在激發狀態的光敏化染料中存有電子，此些電子將導入二氧化鈦半導體的傳導帶之內，而可以自由地行動著 其中光敏化染料的激發狀態是意指最低未佔據分子軌域能階狀態 一般大多數光敏化染料的光吸收波長範圍是在可見光區域(400 nm~800 nm)。

所導入的電子由二氧化鈦半導體的薄膜層移動至透明導電膜之內。 氧化狀態的光敏化染料從還原狀態的電解質中，接受電子而恢復至原有的狀態，而電解質則變為氧化狀態。 氧化狀態的電解質從相對應的電極供應電子，而將有電子缺陷的光敏化染料分子還原，以使此一染料再生而恢復至原有的還原狀態。

就光電化學反應方面，在陽極、陰極、以及太陽電池胞的反應式： 1.　陽　極 (Anode) 光吸收 (Absorption) 　　　　　S  h  S* 電子注入 (Electron Injection)　　S*  S  e (TiO2) 再　生 (Regeneration) 　　2S + 3I  2S  I3 S ：處於基態的光敏化染料分子。 S* ：處於激發態的光敏化染料分子。 h ：光能量。 e ：電子。

三碘離子 (I3，Tri-iodide) 是一種氧化劑的功能，接受外來供應的電子而形成碘離子 (I，Iodide) 2.　陰　極 (Cathode) 3.　太陽電池胞 (Cell) I3  2e(Pt)  3I e(Pt)  h  e(TiO2)

M. Graetzel教授所合成的染料光敏化金屬錯合物分子，是一種含有釕過渡金屬的 [RuM2(NCS)2] 在太陽可見光的照射之下，金屬錯合物分子之內的釕過渡金屬，其電荷的移動將由d軌域向 * 軌域遷移 在共軛系導電高分子的 * 軌域之中，所激發的電子將迅速地導入二氧化鈦半導體薄膜之內 在太陽可見光的輻射之下，吸附有釕金屬錯合物的二氧化鈦以及沒有吸附釕金屬錯合物的二氧化鈦，其光電轉換效率是有所不同的，其光電轉換效率與光波長的關係圖，如圖所示。

在108次數的氧化還原之後，其材料特性以及光電性能並無顯著地劣化現象，亦就是此一新材料的運用將可以是使此一太陽能電池連續地運行20年間。 在AM1.5以及1,000 W/m2的模擬太陽光照射下，其光電流密度為18.37 mA/cm2、開路電壓為0.762V、填充因子0.60、光電轉換效率8.51%。

染料光敏化型太陽能電池的製程技術

鍍具透明導電膜的玻璃基板 使用於染料光敏化太陽電池的透明導電薄膜，其材料的種類及其成份，分別地有： 摻雜銦的氧化鋅 (In-Doped ZnO, IZO)。 摻雜鋁的氧化鋅 (Al-Doped ZnO, AZO)。 摻雜錫的氧化銦 (Sn-Doped In2O3, ITO)。 摻雜氟的氧化錫 (F-Doped SnO2, FTO)。 摻雜銻的氧化錫 (Antimony-Doped, Sb-Doped SnO2, ATO)。 氧化鋅 (ZnO)。 氧化錫 (SnO2) 等，其中以摻雜氟的氧化錫為主

奈米多孔電極 奈米多孔質半導體薄膜電極的主要功能，是用於吸附染料高分子以及將染料受太陽光之後，所產生的電子載體經由半導體/透明導電薄膜電極，傳輸於外電路以及對應電極，其半導體材料的粒徑大小以及有效表面積大小是相當地重要的

染料光敏化劑(Dye Sensitizer) 染料分子的材料種類有許多種，其中以Ru金屬錯合物有機分子為主的 常見的染料種類： N-719 N3 Black Dye

電解液 (Electrolytes)：因其存在形態的不同，分別有：固態的,液態的,膠態的 對向或對應觸媒電極(Counter Catalytic Electrode) ：朝向價位低而特性優的新材料，以替代白金材料 封合材料 (Encapsulation Materials) 在封合材料的種類方面，可分為： 熱敏感性封合樹脂材料 紫外光敏感性封合樹脂材料

有機半導體型太陽能電池 有機半導體型太陽能電池：以導電性高分子材料為基礎，而製作出來的一種新型太陽能電池；其光電轉換效率大約是5.0% 有機半導體型太陽能電池，是以導電性高分子為其主體的材料，因而可以分為： p型與n型導電性高分子 導電性高分子與無機奈米材料 導電性高分子與碳系材料

有機半導體型太陽能電池的基本結構，是由半導體端的電極以及其相對應的電極，相互挾集而成的一種三明治結構，並在兩電極之間填充有機半導體以及奈米碳微粒等。 有機半導體型太陽能電池主要用於產生發電效應的是光活性層，而其主要的材料是導電性高分子材料，它是由可提供電子的施體以及可接受電子的受體等特性材料所組合的，因而此一活性層又稱之為「施體-受體活性層」。

有機半導體型太陽能電池基本原理 當太陽光照射，在光活性層或活性層內，其載體將受到激發作用，由最高已佔據分子軌域 (HOMO) 轉移至最低未佔據分子軌域 (LUMO)，進而形成高能量狀態的載體，稱之為「激發子」。 在施體及受體的界面處，發生電荷載體分離作用。在電荷載體分離作用的基本物理機制上，將有激發子形成、激發子擴散遷移、離子反應基配對形成、以及激發子分離等過渡反應步驟。 在光活性層或活性層之內，摻雜電荷載體增加劑，以強化其載體的傳輸路徑；其中的導電性高分子的功能僅用於傳輸電洞，而摻雜的物質則是擔當電子的傳輸功能；載體傳輸路徑的良窳將影響此一電池的光電轉換效率。

有機太陽能電池所產生電流量大小受制於： 光活性層的材料特性 導電性高分子的電荷載體移動率

有機半導體型太陽能電池製程技術 有機半導體型太陽能電池的製作方法，相似於有機電光二極體： 旋轉塗佈法 (Spin Coating) 蒸著法 (Evaporation) 噴墨列印法 (Inkjet Printing) 網版印刷法 (Screen Printing) 轉寫印刷法 (Reverse Printing) 有機半導體型太陽能電池的製作方法，與其它太陽能電池相較，則前者的方法是簡單而價廉