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天光OPV弱光轉換效率36.2%創紀錄

位於竹科的天光材料科技是台灣目前唯一從事有機太陽能（OPV）材料研發的特殊化學材料公司。日前，開發的第三代吸光關鍵材料NF系列，研發成果斐然，使用一般日光燈管TL84在1000照度（Lux）下，光電轉換效率32.7%，在鎢絲燈A光源1000Lux下，光電轉換效率36.2%，超越染料敏化太陽能電池（1000Lux，PCE 31.8%）及鈣鈦礦太陽能電池（1000lux，PCE 35.2%）的紀錄。德國專門開發室內發電窗簾的SunCurtain GmbH公司，對於天光的新材料的弱光發電效果非常期待。天光材料科技執行長陳慧鑽博士提到，我們非常關注智能居家與無線物聯網（Internet of Things, IoT）在未來市場結合及發展的巨大潛力。無線IoT或智能家居感測器可採用乾電池，且成本不高，僅USD0.30/顆。但是，如何替換一次性乾電池從而降低人工成本（USD2/小時）及更換耗時的問題，是其中的重點。因此，我們鎖定研發採集室內光源及發電效率提升的OPV材料。這次，我們與研究弱光光電池量測多年的明志科技大學黃裕清助理教授團隊合作，在明志科大有機電子中心的弱光量測設備測量結果顯示，天光的NF系列的新材料，在弱光照明度200Lux到1000Lux的TL84及A燈源下，均可穩定取得光電轉換效率>30%，這個新寶藍色的發電材料研發成果相當顯著，提供室內光發電新的解決方案。SunCurtain GmbH公司董事蕭秀吟表示，SunCurtain開發中的室內發電窗簾已鎖定新世代OPV光驅動電池的模組技術，主要是OPV同時有可圖案化、美觀及可製作於柔性基板的可行性。最重要的是，OPV成膜後是固態薄膜，不含任何如DSSC的液態電解液、有毒物質如碘及鈣鈦礦光電池的含鉛議題；顯然，OPV適合居家環境安全使用。歷經多年的模組技術醞釀，在歐洲、日本及韓國已經有多家卷對卷OPV模組製造商具備量產能力。在OPV技術領域裡，光轉換電的關鍵材料扮演著非常重要的角色。SunCurtain公司董事鍾國華亦同步在主導IC設計團隊進行整合弱光採集IC，以利於後續發電窗廉從發電到儲能的整體解決方案。天光新材料突破性的弱光光電轉換效率提升達36%以上的成果，將有助於SunCurtain公司電窗簾的產品開發。

隨著智能家居（Smart Home）及物聯網（IoT）的迅速崛起，Research Nester報導預估IoT在2023年全球市場產值達至少723億美元。而其中，一次性替代乾電池在IoT的供電方案中，如弱光驅動電池，在未來3-5年內已有實際需求。基於太陽光譜與室內光譜的巨大差異，矽晶太陽能電池在標準太陽光譜下具有最佳光電轉換效率，但在室內光的轉換效率卻非常低。相形之下，新世代光驅動電池可藉由主動層（或稱吸光層）材料的改變，對室內燈光有很強的吸收與匹配；有別於一般認知太陽能電池在戶外才可有效發電的觀念，此一技術在任何有光的地方都能進行能量轉換，即有光就有電的概念。

明志科技大學黃裕清博士表示，有機太陽能電池一向令人擔憂的壽命問題，在室內應用上可以解決，因為有機太陽能電池壽命主要受到溫溼度與UV光的影響，相較於戶外環境，室內環境相對單純，除了不太有UV光的存在，而且溫、溼度通常保持在較穩定的範圍內，去除掉這些導致有機太陽能電池效率劣化的因素，有機太陽能電池在室內環境下，保守估計至少有3~5年以上的使用壽命；相較於含有液態電解液的DSSC，OPV的固態薄膜形式，在室內環境使用上沒有漏液導致設備損壞或對人體有害的疑慮。

天光材料科技技術長張怡鳴博士表示，OPV的特點在於具有多樣的設計性。如今在性能上已經證實於1000 lux室內光源下的發電功率達到48 μW/cm2，於同樣照度的鎢絲燈下更可達179μW/cm2。此一數據已經符合許多IoT感測器的功耗所需，日後亦可應用於電子標籤、RFID sensors等，與居家日常用品結合。相信在不久的將來，這些模組將不再與傳統太陽能板一樣是藍色或深色矩形的冰冷刻板印象，而是更多元與豐富的變化。

回收室內光源用於發電已不是新的構想，然而過去的OPV材料在弱光光源下的表現無法提供合適解決方案。隨著天光新材料NF系列的突破性研發，將使得OPV光驅動電池用於無線IoT及智能家居應用有更高的可行性。天光材料科技執行長陳慧鑽博士提到，下一步，我們將努力投入NF材料的生產放量，加快導入卷對卷模組客戶的產線，讓終端應用產品開發商如SunCurtain取得符合室內發電需求的OPV模組，加速綠能終端發電商品的開發及拓展。