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界面改質提高碳電極鈣鈦礦太陽能電池之性能探討

為了解決cr2032沒電電壓的問題，作者劉宇哲 這樣論述：

目錄指導教授推薦書口試委員會審定書致謝 iii中文摘要 ivAbstract v目錄 vi圖目錄 ix表目錄 xiii第一章 緒論 11-1 前言 11-2 太陽能電池發展與種類 41-2-1 第一代太陽能電池 51-2-2 第二代太陽能電池 51-2-3 第三代太陽能電池 61-3 文獻回顧 71-3-1 鈣鈦礦材料與鈣鈦礦電池的起源與發展 71-3-2 碳電極鈣鈦礦太陽能電池 101-3-3 二維鈣鈦礦太陽能電池 111-3-4 穩定性議題 131-4 研究動機 15第二章 實驗方

法 162-1 實驗藥品與儀器 162-2 鈣鈦礦太陽能電池各層材料的製備 202-2-1 製備二氧化鈦緻密層溶液 202-2-2 製備二氧化鈦介孔層溶液 202-2-3 製備鈣鈦礦溶液 202-2-4 製備電洞傳輸層溶液 202-2-5 配置n-hexyl trimethyl ammonium bromide, (HTAB) 溶液 212-3 鈣鈦礦太陽能電池製作方法 212-3-1 FTO導電玻璃清洗 212-3-2 UV-ozone表面處理 212-3-3製備電子傳輸層-二氧化鈦緻密層 212-3-4製備電子傳輸層-

二氧化鈦介孔層 222-3-5 製備鈣鈦礦主動層 232-3-6 製備HTAB改質鈣鈦礦層 242-3-7 蒸鍍copper(Ⅱ) phthalocyanine, CuPc 界面改質層 242-3-8製備poly(3-hexylthiophene)電洞傳輸層 252-3-9 製備碳電極 252-3-10 外部量子效率(EQE)量測 262-3-11 螢光光譜儀(Photoluminescence, PL) 262-3-12 時間解析螢光光譜儀(Time-resolved photoluminescence, TRPL) 26第三章 結果與討

論 273-1 碳基太陽能電池界面改質 273-1-1鈣鈦礦薄膜界面分析 273-1-2鈣鈦礦薄膜界面優化 343-1-3二維鈣鈦礦薄膜改質 433-2 極端穩定性測試 623-2-1鈣鈦礦元件老化測試 623-2-2鈣鈦礦元件鐳射光束掃描誘導電流影像儀測試 643-2-2鈣鈦礦元件長時間高溫熱穩定性測試 67第四章 結論 74參考文獻 75圖目錄圖 1 從1976年至今，美國再生能源實驗室(NREL)統計一系列太陽能電池的光電轉化效率演進圖1 3圖 2 為鈣鈦礦陶瓷氧化物結構13。 7圖 3 為鈣鈦礦材料立體結構圖

12。 7圖 4 為全固態太陽能電池16。 9圖 5 製備二氧化鈦介孔層之鍛燒溫度曲線。 22圖 6 製備鈣鈦礦薄膜之靜置法製程示意圖。 23圖 7 copper(Ⅱ) phthalocyanine之材料結構41。 24圖 8 poly(3-hexylthiophene)材料之結構42。 25圖 9 鈣鈦礦太陽能電池截面圖。 25圖 10 顯示鈣鈦礦標準片經過添加聚（3-己基噻吩）(P3HT)改質後效率有明顯的提高 27圖 11 為標準片旋塗P3HT後不同抽真空時間之J-V曲線圖。 28圖 12 為旋塗P3HT後透過不同抽真空時間使用原子力

顯微鏡在相同面積(100um2)下掃描的結果。 29圖 13 為P3HT轉速1000rpm(三角形線)，轉速3000rpm(圓形線)，轉速5000rpm(菱形線)的J-V曲線圖。 30圖 14 為P3HT轉速1000rpm(三角形線)，轉速3000rpm(圓形線)，轉速5000rpm(菱形線)的變光強以及外部量子效率(EQE)比較圖。 33圖 15 為在鈣鈦礦與P3HT層之間蒸鍍CuPc的J-V 曲線圖。 35圖 16 為P3HT與CuPc層上下置換後的J-V 曲線圖。 36圖 17 為使用外部量子外效率(EQE)來量測(CuPc/P3HT)與(P3HT/CuPc

)上下層置換後，在各波長外部量子效率有無明顯的提升，及Intergrated Jse 之呈現圖。 39圖 18 為螢光光譜儀(PL)與時間解析螢光光譜儀(TRPL)分析(PVSK/CuPc)與(PVSK/CuPc/P3HT)結構之差異比較。 40圖 19 為四種元件結構，標準片、標準片蒸鍍CuPc旋塗P3HT層、標準片旋塗P3HT層、標準片蒸鍍CuPc層的EQE量測。 41圖 20 為標準片結構和最佳效率結構做出J-V 曲線圖。 42圖 21 鈣鈦礦表面有與沒有處理之光伏表現27, 36 43圖 22 為有無HTAB改質鈣鈦礦後不同退火時間的J-V 曲線圖。

44圖 23 為FTO/TiO2/PVSK/w/ w/o HTAB/P3HT/Carbon electrode此結構，塗佈完HTAB改質鈣鈦礦後不同退火溫度，再旋塗P3HT的J-V 曲線圖。 46圖 24 為不同旋塗時間點滴下HTAB溶液改質鈣鈦礦的比較圖，(a)為滴下溶液後開始旋塗，(b)為開始旋塗後五秒滴下HTAB溶液。 48圖 25 為不同濃度HTAB之J-V曲線圖。 49圖 26 為不同濃度HTAB之J-V曲線圖。 51圖 27 為不同旋塗時間點滴下HTAB溶液改質鈣鈦礦後搭配熱穩定性製程在65℃ 濕度RH 20% 經1056hr前後量測EQE的結果。

53圖 28 為(a) 0s與(b) 5s熱穩定性前後量測PL的結果。 55圖 29 為標準片添加HTAB改質鈣鈦礦後與有無電洞傳輸層之PL＆TRPL。 56圖 30 為各濃度Voc、Jsc、FF、Efficiency及HI值分佈曲線圖。 57圖 31 為不同材料界面層的接觸角實驗分析結果。 58圖 32 (a)、(b)、(c)為各層結構SEM剖面圖 60圖 32 (d)、(e)、(f)為各層結構SEM剖面圖 61圖 33 為老化設備量測FTO/TiO2/PVSK/w/ w/oP3HT/Carbon electrode在室溫下35℃，濕度RH70%對應時間的

曲線。 62圖 34 為老化設備量測FTO/TiO2/PVSK/P3HT/w/ w/oCuPc/Carbon electrode在室溫下35℃，濕度RH70%對應時間的曲線。 63圖 35 為電池在各層界面改質後以鐳射光束掃描誘導電流影像儀測試結果 66圖 36 為未封裝電池使用可程式恆溫恆濕機以高溫65℃及濕度RH20%下量測1824小時的結果表現，以電壓、電流、遲滯係數、效率對上時間做圖。 69圖 37 為針對三種條件在不同時間點的電流對電壓圖 70圖 38 為(FTO/TiO2/PVSK/CuPc/P3HT/Carbon electrode)此結構在可程式恆

溫恆濕機中以持續高溫65℃及濕度RH20%下量測1824小時的前如(a)，後如(b)差異圖。 71圖 39 為在不同時間點滴下濃度4mM的HTAB溶液，針對兩種條件以電壓、電流、遲滯係數、效率對上時間做圖。 73表目錄表 1 本實驗所使用的藥品 16表 2 本實驗所使用的儀器 18表 3 為標準片與添加P3HT後的光伏參數 27表 4 為標準片添加P3HT後不同抽真空時間的光伏參數 28表 5 為不同P3HT旋塗轉速的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 31表 6 為旋塗P3HT時不同轉速的積分電流 33表 7 為P3HT有無蒸鍍Cu

Pc的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 35表 8 為P3HT與CuPc層上下置換的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 36表 9 為P3HT與CuPc層上下置換的積分電流 39表 10 為TRPL分析(PVSK/CuPc)與(PVSK/CuPc/P3HT)的擬合結果 40表 11 為四種元件結構之積分電流 41表 12 為標準片結構和最佳效率結構的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 42表 13 為無HTAB與塗佈HTAB改質鈣鈦礦後不同退火時間的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 45表 14 為塗

佈完HTAB改質鈣鈦礦後不同退火溫度，再旋塗P3HT的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 47表 15 為不同濃度HTAB改質鈣鈦礦後的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 50表 16 為不同濃度HTAB改質鈣鈦礦後的光伏參數(AVG.為三顆電池十八個點的平均值) 52表 17 為不同旋塗時間點滴下HTAB搭配熱穩定性製程經過1056hr前後的積分電流 54表 18 為TRPL分析(PVSK/HTAB)與(PVSK/HTAB/P3HT)的擬合結果 56