膠帶解決有機太陽能易受潮問題，無封裝也能在水中運作
2019-08-29作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 05 月 08 日
有機太陽能電池雖然可撓又能製成透明的太陽能模組，但偏偏易受潮，不耐水、濕氣與光，距離商業化還有一大段距離，為此美國紐約大學已採用與過去截然不同的方法，透過刪除部分太陽能材料解決上述的挑戰，新電池即使無封裝也能在水下運作。
有機太陽能是用聚合物或有機生物來當作太陽能發電材料，具有輕薄、低成本、易回收、可撓等優勢，未來有機會應用在電動車、飛機機翼、建築物、玻璃甚至是衣服上，發展潛力不容小覷。
然而有機太陽能何時才能抵達那美好的未來？目前該電池實驗室最高轉換效率紀錄只有 15%、又有不耐濕熱與光的大缺點，要突破上述挑戰才可以抵達商業化。對此，紐約大學團隊針對提高有機太陽能穩定性問題提出一項解決方案，決定不新添材料為電池打造「防護背心」，改成「縮減材料」，刪除易使太陽能板降解的材料。
在一般有機太陽能電池的主動層中，科學家多把聚三己烷塞吩（P3HT）當作電子施體，苯基碳 61 丁酸甲酯（PCBM）則是電子受體，將兩種有機材料均勻混合後，再製成主動層薄膜。
但是 PCBM 是種富勒希衍生物，具有電子遷移率、溶解性高的特性，這會降低主動層的耐濕度，紐約大學團隊決定去除主動層表面的 PCBM，讓電池主動層表面只留下不會跟水、光或空氣起反應的非反應性聚合物。
團隊採用的方法非常特別，跟人們除汗毛的方法有點相似：用膠帶去除 PCBM。
他們首先將膠帶貼在主動層薄膜表面，之後再對薄膜施加壓力跟高溫，溫度降至跟室溫相同後再慢慢撕下膠帶。團隊表示，最終主動層表面只剩下 6% 的 PCBM，剩下部分都是聚合物，可降低富勒希衍生物跟水分子、氧的接觸面積。
團隊新製程也一同解決有機太陽能電池另一大挑戰，高聚合物的比例可提高主動層跟金屬陰電極的黏著度，若陰極與有機層的接觸面附著力不佳，就會造成電極分層（delamination）狀況，電子無法順利注入而產生暗點。
紐約大學化學與生物分子工程教授 André Taylor 表示，去除主動層表面的電子受體可提高有機太陽能的耐濕度，電池甚至可以在無封裝的狀況下下水運作，且新型太陽能電池在經過 10,000 次彎曲後也沒有損毀。研究團隊也指出，即使無封裝、長時間在水下運作，也不見轉換效率降低，有機會應用在潛水手錶，除此之外，科學家可以透過新技術控制主動層的垂直材料分布，進而提高電子傳遞速度。
若該研究有成，將可加速有機太陽能的商業化進展，讓該太陽能技術能與現今主流矽晶太陽能相競爭。
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