以CaTiO3應用於鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層之研究

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林育葳(Yu-Wei Lin) 查詢紙本館藏

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機械工程學系

論文名稱

以CaTiO3應用於鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層之研究
(The Study of Perovskite Solar Cells by Using Calcium Titanate as Electrical Transfer Layer)

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摘要(中)

本篇論文係利用 CaTiO3材料作為鈣鈦礦太陽能電池之電子傳輸
層之研究，本實驗室技術已穩定製作出結構為 FTO/二氧化鈦(TiO2)
緻密層/二氧化鈦(TiO2)多孔隙層/CH3NH3PbI3主動層/Spiro-OMeTAD 電洞傳輸層/銀電極 Ag 作為標準片，此標準電池有著 Jsc=18.3mA/cm2，
Voc=0.97V，FF=0.68，PCE=12.1%之光電轉換特性。
鈣(Calcium)為地球中第五豐富的元素，日常生活中碰到許多材料
如蛋殼、牡蠣皆為鈣化合物。實驗中以鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層
-二氧化鈦多孔隙層當中添加鈣元素來改善主動層 CH3NH3PbI3的成
膜結晶性質，藉以提升開路電壓(Voc)。實驗中以碳酸鈣(CaCO3)及四
氯化鈦(TiCl4)兩種材料作為反應成功合成出 CaTiO3/TiO2奈米顆粒。
實際將 CaTiO3/TiO2奈米顆粒應用在鈣鈦礦太陽能電池之多孔隙層製作出鈣鈦礦太陽能電池有著 Jsc=13.7mA/cm2，Voc=0.99V，
FF=0.62，PCE=8.4%之光電轉換特性。
爾後為了改善使用 CaTiO3/TiO2奈米顆粒作為多孔隙層較低的短
路電流，我們使用了兩次塗佈法增加了CaTiO3/TiO2奈米顆粒的覆蓋
率，使得主動層 CH3NH3PbI3不輕易接觸到 FTO 玻璃形成短路，而增
加覆蓋率使得多孔隙層與主動層 CH3NH3PbI3接觸表面積增加，電子有更佳的遷移率使得電流由原先的13.7 mA/cm2提升至16.2 mA/cm2，
光電轉換效率更是由8.4%提升至 10.2%。

摘要(英)

This study applies CaTiO3 as a mesoporous layer for Perovskite Solar Cells. We fabricated standard Perovskite Solar Cells as structure FTO/TiO2 compact layer/TiO2 mesoporous layer/ CH3NH3PbI3 active layer/Spiro-OMeTAD hole transfer layer/silver in both anode and cathode. This cell has Jsc=18.3mA/cm2, Voc=0.97V, FF=0.68 and PCE=12.1%。 Calcium is the 5th most abundant element in the world. We used calcium carbonate react with titanium dioxide and synthesized nano- CaTiO3/TiO2 powder as electrical transfer layer to enhance the crystallization of active layer (CH3NH3PbI3) and the turn-on voltage. Moreover, using nano-CaTiO3/TiO2 powder as a mesoporous layer of Perovskite Solar Cells and it performs Jsc=13.7mA/cm2, Voc=0.99V, FF=0.62 and PCE=8.4%.
To extract the short-circuit current, we improve the coverage of mesoporous layer on FTO surface via two step spin-coating method. The mesoporous layer could avoid the active layer directly contacting FTO glass, which would result in short-circuit condition. In addition, the mobility of electrons would be enhanced due to the significant coverage of mesoporous layer. Which also increase the contact area between active layer and mesoporous layer. Consequently, increased contact area
enhances the short-circuit current(Jsc) from 13.7 mA/cm2 to 16.2 mA/cm2 and also improves power conversion efficiency from 8.4% to 10.2%.

關鍵字(中)

★ 鈣鈦礦
★ 太陽能電池
★ 碳酸鈣

關鍵字(英)

★ Perovskite
★ Solar cells
★ Calcium carbonate

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
圖目錄 VIII
表目錄 XIII
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2 太陽能電池種類及介紹 3
1-2-1 無機太陽能電池 3
1-2-2 有機太陽能電池 6
1-3鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cells) 9
1-3-1鈣鈦礦太陽能電池結構的源起 9
1-3-2鈣鈦礦太陽能電池文獻回顧 12
1-4研究動機 28
第二章實驗方法 29
2-1實驗藥品及儀器 29
2-1-1本實驗所使用藥品如下清單 29
2-1-2本實驗所使用儀器如下清單 30
2-2鈣鈦礦太陽能電池材料製備與元件製作 31
2-2-1FTO玻璃清潔 31
2-2-2清除FTO表面氫氧基 31
2-2-3二氧化鈦(TiO2)緻密層配製 32
2-2-4二氧化鈦(TiO2)緻密層塗佈 32
2-2-5二氧化鈦(TiO2)多孔隙層配製 32
2-2-6二氧化鈦(P90)多孔隙層塗佈 32
2-2-7鈣鈦礦(CaTiO3)與二氧化鈦(TiO2)混和顆粒多孔隙層合成 33
2-2-8CaTiO3/TiO2混合奈米顆粒塗佈 34
2-2-9甲基碘胺(CH3NH3I)合成 34
2-2-10甲基胺鉛碘(CH3NH3PbI3)溶液配製 34
2-2-11甲基胺鉛碘(CH3NH3PbI3)塗佈 35
2-2-12電洞傳導層Spiro-OMeTAD配製 35
2-2-13電洞傳導層Spiro-OMeTAD塗佈 35
2-2-13蒸鍍銀電極 36
第三章結果與討論 39
3-1材料合成之特性 39
3-1-1FTO玻璃之表面電性量測及形貌觀測 39
3-1-2緻密層合成結果 39
3-1-3緻密層塗佈結果 39
3-1-4多孔隙層合成結果 42
3-1-5多孔隙層塗佈結果 45
3-1-6甲基碘胺(CH3NH3I)合成結果 45
3-1-7主動層CH3NH3PbI3塗佈結果 45
3-1-8電洞傳導層Spiro-OMeTAD塗佈結果 49
3-2太陽能電池元件之電性 53
3-2-1不同莫耳比合成之CaTiO3對於元件電性之成果 53
3-2-2改善CaTiO3/TiO2奈米顆粒覆蓋率使得短路電流提升 57
第四章結論 59
第五章文獻回顧 61

參考文獻

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指導教授

詹佳樺(Chia-Hua Chan)

審核日期

2016-7-18

推文