以液相退火法製備鈣鈦礦薄膜及缺陷鈍化處理提升電光伏性能效果

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余瑋倫(Wei-Lun Yu) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

以液相退火法製備鈣鈦礦薄膜及缺陷鈍化處理提升電光伏性能效果
(Fabricating Perovskite Films via Liquid Medium Annealing and Defects Passivation to Boost Photovoltaic Performance)

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摘要(中)

鈣鈦礦太陽能電池優秀的光電性質及相對矽晶太陽能電池更簡易的製備方式，使其成為太陽能產業的超級新星，但目前鈣鈦礦退火時間普遍較長，縮短製程時間便成為走向商業化的一大課題。本研究提出了液相退火(Liquid medium annealing， LMA) 製程，在前兩個部分進行 LMA 製程的條件優化，成功將 LMA製程縮短至 3 分 20 秒，並有效增加鈣鈦礦的平均粒徑並提升光伏表現。接著在本研究的最後一部分探討溴化甲脒 (Formamidinium Bromide， FABr) 對鈣鈦礦層的表面鈍化，在各項分析中皆顯示經過 FABr 鈍化後的鈣鈦礦膜缺陷減少，也能藉由引起 Ostwald ripening 來使鈣鈦礦結晶進一步增大，更由穩定性測試中證明其能增加穩定性，最後 VOC 提升至 1.122 V， PCE 上升至 22.01%，成功的以短時間製程製備出高效率與高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池。

摘要(英)

Perovskite solar cells have gained significant attention in the solar industry due to their excellent optoelectronic properties and simpler fabrication process compared to silicon solar cells. However, the prolonged annealing time required for perovskite solar cells is a major challenge in achieving commercialization. In this study, we propose a liquid medium annealing (LMA) process to address this issue. The LMA process was optimized in the first two parts of the study, successfully reducing the annealing time to 3 minutes and 20 seconds while increasing the average grain size of the perovskite film and improving the photovoltaic performance. In the final part of the study, we investigate the surface passivation of the perovskite layer using formamidinium bromide (FABr). Various analyses demonstrate that the FABr passivation reduces the defects in the perovskite film and further increases the crystal size through Ostwald ripening. Stability tests also confirm its ability to enhance stability. As a result, the VOC increases to 1.122 V, and the power conversion efficiency (PCE) reaches 22.01%. This study successfully demonstrates the fabrication of high-efficiency and high-stability perovskite solar cells through a shortened processing time.

關鍵字(中)

★ 鈣鈦礦太陽能電池
★ 液相退火
★ 製程時間縮短
★ 缺陷鈍化
★ 奧斯特瓦爾德熟化

關鍵字(英)

★ perovskite solar cells
★ liquid medium annealing
★ shortened processing time
★ defect passivation
★ Ostwald ripening

論文目次

中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 xii
1-1 前言 1
1-2 太陽能電池發展史 3
1-3 文獻回顧 5
1-3-1 鈣鈦礦的起源 5
1-3-2 鈣鈦礦太陽能電池結構及工作原理 6
1-3-3 退火處裡對鈣鈦礦吸光層的影響 7
1-3-4 表面鈍化對鈣鈦礦的影響 22
1-4 研究動機 27
第二章實驗方法 28
2-1 實驗藥品 28
2-2 實驗儀器 30
2-3 鈣鈦礦太陽能電池前驅溶液配製 31
2-3-1 配製氯化亞錫前驅溶液 31
2-3-2 配製 n 層改質劑溶液 31
2-3-3 配製鈣鈦礦前驅溶液 31
2-3-4 配製介面修飾層前驅溶液 31
2-3-5 配製 spiro-OMeTAD 前驅溶液 32
2-4 鈣鈦礦太陽能電池的製備 32
2-4-1 清洗及裁切 FTO 導電玻璃 32
2-4-2 UV-Ozone表面親水處理 33
2-4-3 電子傳輸層的製備 33
2-4-4 電子傳輸層的表面改質 34
2-4-4 鈣鈦礦層的製備 34
2-4-5 介面修飾層的製備 35
2-4-6 電洞傳輸層的製備 36
2-4-7 電極的製備 36
3-1 不同溶劑介質對鈣鈦礦薄膜的影響 37
3-1-1 以不同液相介質進行 LMA 所製成的鈣鈦礦膜分析 38
3-1-2 以不同液相介質進行 LMA 所製備的元件之光伏性能 39
3-2 不同反溶劑對 LMA 的影響 42
3-2-1 不同反溶劑製成的鈣鈦礦膜在經過 LMA 後的薄膜分析 42
3-2-2 不同反溶劑製成的鈣鈦礦膜在經過 LMA 後元件之光伏性能 44
3-3 探討鈣鈦礦薄膜溶劑殘留對 LMA 製程的影響 47
3-3-1 探討鈣鈦礦薄膜溶劑殘留的薄膜分析 48
3-3-2 探討除去鈣鈦礦薄膜溶劑殘留所製成的元件之光伏性能 50
3-4 不同液相介質的溫度對鈣鈦礦薄膜的影響 52
3-4-1 不同液相介質溫度所製成的鈣鈦礦薄膜分析 52
3-4-2 不同液相介質溫度所製成的鈣鈦礦元件之光伏性能 54
3-5 探討預加熱時間對鈣鈦礦薄膜溶劑殘留與 LMA 製程的影響 57
3-5-1 探討不同預加熱時間所製備的鈣鈦礦薄膜分析 57
3-5-2 探討不同預加熱時間所製備的鈣鈦礦元件之光伏性能 59
3-6 不同介面修飾處理對鈣鈦礦薄膜的影響 61
3-6-1 不同介面修飾處理所製備的鈣鈦礦薄膜分析 62
3-6-2 不同介面處理所製備的鈣鈦礦元件之光伏性能 64
3-7 探討介面修飾以鈍化缺陷對鈣鈦礦薄膜的影響 66
3-7-1 不同濃度的 FABr 介面缺陷鈍化之鈣鈦礦薄膜分析 66
3-7-2 不同濃度的 FABr 介面缺陷鈍化對鈣鈦礦元件之光伏性能的影響 73
參考文獻 83

參考文獻

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指導教授

劉青原

審核日期

2023-7-26

推文