張嘉富、曾宇呈、闕居振 / 國立臺灣大學化學工程學系
在全球能源需求上升且石化燃料供應逐漸枯竭的情況下，尋找替代能源已成當務之急。太陽能因其清潔、永續的特性受到廣泛關注。有機太陽能電池因其製程簡便、成本較低和極高的應用靈活性，成為熱門研究領域之一。近年來，有機太陽能電池的效率持續提升至約20%，並展現出在室內照明、半透明及水下應用等新興領域的應用前景。這些新應用領域與效能的提升，將持續推動太陽能電池的發展。有機太陽能電池市場預計在未來持續增長，顯示其具有巨大商業潛力和發展前景。
【內文精選】
有機太陽能電池的應用前景
2. 有機太陽能電池的應用前景
(1) 應用Ⅰ：建築結合有機太陽能電池(BIPV, Greenhouse)
近年來，隨著淨零能耗(Net Zero Energy)概念的日益普及，引入自主供能建築或自主供能電子裝置正成為提供自身能源的趨勢。其中，建築物整合太陽能技術(Building Integrated Photovoltaic; BIPV)的概念被提出，並逐漸邁向實際的應用。除了傳統的無機太陽能板模組之外，具備可見光穿透性以及高轉換功率的半穿透式有機太陽能電池也逐漸受到世人的矚目。此外，一般的太陽光係由5%的紫外光(Ultraviolet; UV)、43%的可見光(Visible Light)以及52%的紅外光(Infrared; IR)所組成，如圖四(a)所示。
圖四、(a)太陽光光譜分布；(b)半穿透有機太陽能電池搭配不同主動層材料改變元件顏色(10-11)；(c)透過調整ITO厚度改變元件顏色
紅外光一般可分為近紅外光(Near IR)、中紅外光(Mid IR)以及遠紅外光(Far IR)，能量範圍介在1.6~0.025 eV，相對於可見光具有較長的波長，因此為了有效吸收這個波段的光，在主動層材料的使用上以使用窄能隙有機半導體材料為主。此類材料主要吸收近紅外光區段，且透過不同的材料搭配可使主動層穿透不同顏色的可見光，如圖四(b)顯示不同顏色的有機太陽能電池主動層。另一方面，調整元件結構亦可達到穿透不同顏色可見光的目的，透過不同ITO的厚度調整主動層的顏色，如圖四(c)所示。藉由這個做法可將半穿透式有機太陽能電池整合至建築物的屋頂或是窗戶，達到自主供能的目的。值得注意的是，根據上述的優勢，近年來人們已開始嘗試將半穿透式有機太陽能電池與溫室建築整合。一般來說，溫室植物主要吸收波長400~700 nm的光（約為黃光與藍光的區域）來進行光合作用以及光型態發生(Photomorphogenesis) 來促使植物生長，因此透過整合半穿透有機太陽能電池至溫室建築，除了可維持植物生長所需的光，亦可同時提供建築所需的電力。例如，使用非鹵素溶劑將PM6(PBDB-TF)搭配兩種可吸收近紅外光之非富勒烯受體（A-4Cl及A-2ThCl），以及一種可吸收UV光之富勒烯受體(PC71BM)製備四種成份之主動層，並與透明電極製備出半穿透有機太陽能電池應用於溫室建築的屋頂，如圖五所示---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、將四成份主動層以非鹵素溶劑應用於半穿透有機太陽能電池，並將其安裝於溫室屋頂觀察植物生長情形同時量測光轉換效率
★本文節錄自《工業材料雜誌》464期，更多資料請見下方附檔。