【第五屆鈣鈦礦論壇】分子科學視角下的電洞傳輸材料創新與低成本突破

蘇昭瑾教授分享小分子 HTMs 設計與應用潛力

在第五屆台灣鈣鈦礦技術暨應用論壇中，臺北科技大學分子科學與工程系蘇昭瑾教授，以「鈣鈦礦太陽能電池分子技術發展暨應用」為題，深入解析電洞傳輸材料（Hole-Transport Materials, HTMs）的研究進展。他指出，能源需求持續攀升，推動太陽能技術成為全球關注焦點，其中鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因具備高光吸收與載子遷移率，被視為具潛力的新世代能源技術。

分子設計與材料選擇

蘇教授回顧研究轉向的契機，強調2017年能源報告顯示各國對能源需求日益增加，啟發他投入有機與分子導向的太陽能材料設計。他指出，HTMs 在 PSCs 中的角色關鍵在於促進電洞有效傳輸並抑制復合現象。傳統無機 HTMs 雖具穩定性，但製程條件嚴苛且效率受限；相比之下，有機 HTMs 特別是小分子（Small Molecule HTMs, SM HTMs），因結構可控、純化容易與成本較低，成為研究的重點。

他提到，現有高效材料如 Spiro-OMeTAD 雖能達到優異效率，但價格昂貴，每克動輒數百美元，且具有親水性與酸性問題。因此，團隊研究目標鎖定在開發低成本、具良好界面相容性的小分子 HTMs。

結構設計與研究成果

在結構設計方面，蘇教授詳細介紹了 Donor-Acceptor（D-A）、DAD、ADA 與 DA 等多種組合架構，並延伸至 PI-D-PI 與 D-A-D-PI 類型，藉由能階匹配與分子堆疊提升載流子遷移率。他指出：「光致發光量子產率（PLQY）越高，代表材料在電荷轉移過程中能降低能量損耗，這是設計的重要指標。」

研究成果方面，他分享早期 "D-A" 型 HTM 的效率已達13.42%。團隊亦嘗試碘基 HTM，雖達到13.71% 效率，但成本偏高。為解決此問題，他們開發了低成本的 "SIM" 與 "DIM" 型材料，分別僅需 8.8 美元/克與 4 美元/克，且最高效率接近20%，顯示其商業化潛力。

延伸意涵與未來展望

蘇教授強調，材料研究不應僅追求轉換效率，更應考量成本、界面修飾與實際應用價值。他呼應業界觀點，認為「研究重點不只是單純的『效率』，而是『後續的影響』與『應用潛力』」。目前團隊亦探索金屬為中心的有機無機混合材料（Metal-Organic Hybrid, MIM），期待能結合結構多樣性與高效能。

他進一步指出，分子科學的設計視角，將持續為太陽能電池提供新思路，無論是鹽類 HTMs 的應用、金屬錯合物的導入，或是能階調控策略，都將是未來突破的可能方向。

結語

本場演講展示了分子科學在鈣鈦礦太陽能電池發展中的核心角色，突顯低成本小分子 HTMs 的研究價值。蘇昭瑾教授的分享，不僅提供學界設計新材料的方向，也為業界評估商業化潛力奠定基礎，呼應論壇「技術連結應用」的核心精神。