臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究新型的第三代太陽能電池「鈣鈦礦太陽能電池」，太陽能電池主要是由電洞傳輸層、主動層以及電子傳輸層所組成（P-I-N結構），主動層經過太陽光刺激時會產生出電子與電洞並在P極與N極間游離藉此產生出電壓，本篇論文包含兩大部分，分別是「鈣鈦礦太陽能電池的元件製作」以及「教學用太陽能積木設計」。鈣鈦礦太陽能電池元件製作的部份我們以旋轉塗佈機旋塗氧化鈦（TiO2）以及鈣鈦礦材料（CH3NH3PbI1Cl2）兩種材料濺鍍在鍍有氟錫氧化物（FTO）的玻璃基板上，製作出鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層以極主動層，再以直流濺鍍法將錪化銅（CuI）濺鍍上去，製作出電洞傳輸層，透過SEM顯微鏡我們可以看出TiO2在不同的轉速下所形成的厚度，以及CuI的成膜均勻性，我們也利用太陽能模擬器對太陽能電池成品進行I-V特性的量測，証實我們所製作出的鈣鈦礦太陽能電池達到16.8％轉換效率。教學用太陽能積木設計部分，我們將太陽能電池各層的材料設計成一塊又一塊的遊戲組合積木，每一塊積木中都有镶入RFID的晶片，操作者必須在時限內堆疊出正確的結構才能通關，在遊戲的過程中可以將積木放在RFID的感測器上，電腦就會告訴你這塊積木在太陽能電池中所扮演的角色以及材料名稱，我們希望透過這個遊戲讓外行人能以活潑且輕鬆的方式了解太陽電池的結構。

This study presents a new type of third generation solar cell called the Perovskite Solar Cells. Solar cells are mainly composed of a hole transport layer, an active layer, and an electron transport layer (P-I-N junction). When the active layer is stimulated by the sun, it yields electrons and holes, thereby producing a voltage between the ionized P pole and N pole. This thesis is divided into two main parts: the component fabrication of the Perovskite Solar Cells and the design of solar energy blocks for teaching. In the components fabrication, we utilized a spin coating machine to sputter coat on a fluorine doped tin oxide (FTO) glass substrate using two materials, Titanium Oxide (TiO2) and Perovskite materials (CH3NH3PbI1Cl2), to produce the electron transport layer of the calcium titanate solar cell and the active layer. The iodonium copper (CuI) is then sputtered on the surface through the DC sputtering method to produce the hole transport layer. With the use of a Scanning Electron Microscope, we were able to observe the thickness of the TiO2 at different rotational speeds as well as the film forming uniformity of CuI. Subsequently, a solar energy simulator was used to measure the I-V characteristics of the solar cell products. The result showed that the perovskite solar cells produced could yield a 16.8% conversion efficiency. In addition, the solar energy blocks for teaching had each layer of the solar cell material designed into a game of building blocks that uses individual blocks with embedded RFID chips. The operator must stack the correct structure within the time limit to pass the test. When the operator is in doubt of a block during the process of the game, the operator can place the block on the RFID sensing device. The computer, in turn, conveys the role and the name of the material for the particular solar cell block. We hope that through the game, nonprofessionals would learn about the structure of solar batteries in a lively and relaxed way.

摘要 2
Abstract 3
致謝 4
目 錄 5
圖目錄 7
表目錄 8
第一章 序論 9
1.1 簡介 9
1.2 研究動機及目的 9
1.3 論文結構 10
第二章 文獻探討 11
2.1太陽能電池的發展 11
2.2鈣鈦礦太陽能電池的起源與發展 11
2.3電洞傳輸材料CuI 12
2.4 電子傳輸層TiO2 12
2.5原子層沉積法（Atomic Layer Deposition，ALD） 13
2.6 旋轉塗佈法（Spin Coating） 13
2.7直流濺鍍法（DC Magnetron sputtering） 14
2.8 真空蒸鍍法（Deposition） 15
第三章 製成實驗步驟與 16
3.1實驗流程 16
3.2實驗步驟 17
3.3 SEM檢測 21
3.4 太陽能模擬分析 21
3.5 XRD分析 22
第四章 鈣鈦礦太陽能積木設計 23
4.1設計理念 23
4.2預想設計 23
第五章 結果與討論 26
5.1 SEM檢測結果 26
5.2 太陽能模擬器I-V分析 29
5.3 XRD分析結果 30
5.4 鈣鈦礦太陽能電池教學積木組成果展現 32
5.5 結論 37
參考文獻 38
作者簡介 39

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[7]直流濺鍍法: http://www.cc.ntut.edu.tw/~wwwemo/instrument_manual/sputter.htm。
[8]蒸鍍法：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%92%B8%E9%8D%8D。
[9] 掃描式電子顯微鏡：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C 。
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