臺灣博碩士論文加值系統

本論文為以鎳金屬氧化作為氧化鎳電洞傳輸層應用於鈣鈦礦系列太陽能電池之研究。我們進行了不同氧化鎳退火參數來探討其穿透率、功函數以及表面形貌對於主動層的影響，由甲基銨碘化鉛（methylammonium lead iodide）之吸收頻譜得知其能隙約為1.5 eV且在可見光波段有著良好的吸收效應，此外，我們也把試片拿去打UPS藉以了解各個退火溫度之氧化鎳的功函數，如此一來與perovskite的HOMO有更佳的匹配性，進而改善元件的開路電壓值。此外，我們做了一系列的SEM和AFM研究，發現到電洞傳輸層的表面粗糙度與形貌也會對主動層的結晶性扮演著關鍵的角色。
元件結構為：glass/ITO/NiOx/CH3NH3PbI3/PCBM/BCP/Al之有機/無機鈣鈦礦做為主動層之異質接面太陽能電池，我們進行了亮、暗態電流-電壓曲線量測和外部量子效率之量測來探討是否不同電洞傳輸層會有改善元件各個光電特性參數之趨勢。實驗結果與分析將於本論文中詳加說明與討論。

In this work， we present a fabrication of all-solid-state， methylammonium lead iodide (CH3NH3PbI3)/ [6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61BM)， donor/acceptor bilayer-heterojunction (BHJ) hybrid solar cells. Spinning N， N-dimethylformamide (DMF) solution of equi-molarmethyl ammonium iodide and lead iodide on the substrate forms a thin CH3NH3PbI3 perovskite film. And then， we use thermal to deposit a thin PCBM (acceptor)、BCP(exciton blocking layer) and Al(electrode). The CH3NH3PbI3 perovskite could sereve two functions as light harvester and hole conductors. Besides， perovskite harvests a wide range of light from visible to near-infrared. By varying the annealing temperature of NiOx， we can modulate the work function of hole transport material and find out a better match of perovskite’s HOMO. The best of our devices deliver Voc=0.9V、Jsc=13.13 mA/cm2、FF=65.55%、η=7.75 %、Rs=4.98 Ω*cm2 and Rp=7.2 MΩ.This result proves the formation and function of a hybrid BHJ in the NiOx/ CH3NH3PbI3 perovskite/PC61BM interface to yield the photovoltaic effect under the solar irradiation. We believe this progress may be a good concept for all-inorganic perovskite-based thin-film solar cells and tandem photovoltaics.

目錄
摘要 I
Summary II
誌謝 VIII
目錄 IX
圖目錄 XIII
表目錄 XX
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 各種太陽能電池的簡介 2
1.2.1 無機太陽能電池 3
1.2.2 有機太陽能電池 4
1.3 甲基銨碘化鉛-鈣鈦礦結構之太陽能電池 9
1.4 研究目的與動機 9
Reference 14
第二章 理論背景 17
2.1 無機太陽能電池原理 17
2.1.1 p-n接面 17
2.1.2 p-i-n接面 19
2.1.3 太陽能電池等效電路 19
2.1.4 太陽能電池之相關參數 22
2.2有機太陽能電池原理 27
2.2.1 太陽能電池結構 27
2.2.2 有機太陽能電池之工作原理 29
Reference 41
第三章 實驗流程與材料介紹 43
3.1 實驗材料 43
3.1.1 ITO 43
3.1.2 PEDOT:PSS 44
3.1.3 氧化鎳 NiOx 44
3.1.4 甲基銨碘化鉛 （methylammonium lead iodide） 44
3.1.5 PCBM 45
3.1.6 BCP 46
3.1.7 Al 46
3.2 實驗儀器 46
3.2.1 紫外光臭氧清潔機(UV-Ozone machine) 46
3.2.2 旋轉塗佈機(Spin Coater) 46
3.2.3 電子束蒸鍍(Electric Beam Evaporator) 47
3.2.4 熱蒸鍍機(Thermal Evaporation) 47
3.2.5 手套箱（glove box） 48
3.2.6 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 48
3.2.7 原子力顯微鏡 49
3.3 試片標準量測條件與測量手法 49
3.3.1 太陽光譜與標準量測光源定義 49
3.3.2 電流-電壓之亮、暗態量測 50
3.3.3 IPCE量測 51
3.4 實驗流程 52
3.4.1 製作流程簡介 52
3.4.2 perovskite-based solar cells製程步驟 53
Reference 60
第四章 結果與討論 62
4.1 甲基銨碘化鉛太陽能電池之結構與能帶示意圖 62
4.2 不同退火氣體對於ITO玻璃之特性分析 63
4.3 不同退火參數的氧化鎳對於PEDOT:PSS之特性分析 64
4.3.1 不同電洞傳輸層之表面形貌分析 64
4.3.2 不同電洞傳輸層之功函數分析 65
4.3.3 Perovskite塗佈於不同電洞傳輸層之PL quenching分析 66
4.4 主動層為甲基銨碘化鉛之太陽能電池元件分析與討論 67
4.4.1 PEDOT:PSS為電洞傳輸層之元件 67
4.4.2 NiOx_350℃為電洞傳輸層之元件 68
4.4.3 NiOx_450℃為電洞傳輸層之元件 69
4.4.4 NiOx_550℃為電洞傳輸層之元件 70
4.4.5 比較與分析 71
4.5 不同主動層塗佈轉速對於元件的分析與討論 71
Reference 104
第五章 結論與未來展望 105
5.1 總結 105
5.2 未來展望 106

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