軟性可撓曲之有機及鈣鈦礦太陽電池：材料世界網

追求低成本、易大面積製造、質量輕、具可撓曲性的太陽能技術為新發展的趨勢，因為具備這些特性，應用將從單純發電進展至穿載或可攜式能源。除此之外，此類型太陽電池在運輸及安裝的費用也將大幅降低，因此相關領域在國內外的研究單位被廣泛的研究。

本文介紹溼式製程之有機太陽電池及鈣鈦礦太陽電池，皆為近幾年來最受重視的技術領域，其小型元件的認證效率，已分別達到具備商業化潛力的 11.5及 22.1% 的光電轉換效率，因此國內外已有不少廠商投入此二領域。文中將簡介有機太陽電池及鈣鈦礦太陽電池的發展及原理，並報導這些電池在軟性及可撓曲元件及模組上之進展。

有機太陽電池的簡介及進展
太陽電池的發展時程可劃分為三個世代，第一代為矽晶太陽電池，早在 1950年代即開始發展，經過數十年的進展，如今結晶矽太陽電池之轉換效率已達 20%。第二代太陽電池泛稱為薄膜太陽電池，使用非晶矽、碲化鎘，或是銅銦鎵硒四元化合物等材料作為薄膜半導體。

第三代為有機太陽電池（OPV），OPV主要係以具有半導體性質之有機材料製作，其優點為：①製造成本低；②化合物結構可設計性；③材料質輕；④加工性能好；⑤可製造大面積的太陽電池及大量生產；⑥高吸光係數；⑦具有可撓曲，半透明等特性。國內有很多學術團隊進行 OPV材料及元件研究，如中研院化學所/應科所、台大、清大、交大、中興及中央等國內大學及核能所。國內廠商以天光材料全力發展 OPV，其產品 PV2000光電轉換效率，Newport-USA認證達 10.4%，為使用非氯溶劑系統所達成的最高世界紀錄。

鈣鈦礦太陽電池的簡介及進展
當全球都在尋求更好更廉價替代能源的關頭，鈣鈦礦型太陽電池（Perovskite Solar Cell; PSC）給世人光明的憧憬。Perovskite 材料為一種陶瓷氧化物，其具有晶體結構，類似於天然礦物鈦酸鈣的特點，由德國礦物學家 Gustav Rose 於 1839年在俄羅斯的烏拉山脈發現，其應用於有機/無機混成太陽電池當中，擁有極為出色的光電特性，轉換效率的發展更是在短短數年內達到 22.1%（圖一），並在 2013年被科學期刊（Science Journal）納入2013年十大科學突破之列，因此成為如日中天的研究主題。

PSC結構製程上採用低溫製程，與 OPV 同樣具備質量輕、可撓曲、成本低廉及應用性廣等優點，已然成為最具潛力的新興太陽電池。在國內研究團隊進展方面，以成功大學郭宗枋及陳昭宇教授最早於 2013年發表 Perovskite的文章，其團隊亦發表最多 Perovskite的文獻。中央化學吳春桂教授所發表的效率最高達 18%；交大應化系刁維光教授進行 Perovskite的機制探討；台大材料系林唯芳教授進行元件形態及界面研究；台大何國川及中研院朱志偉教授導入 Metal-Organic Framework Nanocrystals 於 Perovskite的研究中；清大林皓武教授則專精於真空製程的 Perovskite元件。目前亦有不少國內廠商進行 PSC 相關材料的販售，如信美材料、銳隆光電及前創等公司。

圖五、最新的高穩定Perovskite–PV元件結構