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研究生:阮峻豪
研究生(外文):Jun-Hao Ruan
論文名稱:FAPbX3量子點對MAPbI3鈣鈦礦太陽能電池特性影響之研究
論文名稱(外文):Propertices of MAPbI3 perovskite solar cells with FAPbX3 quantum dots
指導教授:陳隆建陳隆建引用關係
指導教授(外文):Lung-Chien Chen
口試委員:林瑞明藍文厚
口試日期:2018-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:光電工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:量子點FAPbX3MAPbI3鈣鈦礦太陽能電池
外文關鍵詞:Quantum dotsFAPbX3MAPbI3PerovskiteSolar cells
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本研究是在充滿氮氣的手套箱以旋轉塗佈,將MAPbI3塗佈於具有PEDOT:PSS薄膜的已蝕刻銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)基板上形成薄膜,隨後再塗布一層QD(FAPbBr1.5I1.5、FAPbBrI2)薄膜,之後熱蒸鍍上C60、Ag,最後製作成Glass/ITO/PEDOT:PSS/ MAPbI3/QD- FAPbX3/C60/Ag的鈣鈦礦太陽能電池,其中PEDOT:PSS作為電洞傳輸層、MAPbI3、QD作為吸光層、C60作為電子傳輸層。
本論文主要是藉由簡單的方法將計算後當量的藥粉合成製備FAPbX3鈣鈦礦量子點(QD- FAPbBr1.5I1.5、FAPbBrI2)溶液,而後摻雜正辛胺、油酸,使QD具有更好的激子束縛能、表面形態以及穩定性,顏色部分為棕紅色,激發後可以得到較高的波長光。
而後我們將探討把量子點塗佈於MAPbI3薄膜上層,去探討塗佈後的製程的太陽能電池特性的影響。
對於元件的特性分析,分別使用場發射掃描式電子顯微鏡觀察薄膜表面型態和橫截面結構,X-Ray繞射儀分析晶格常數、晶粒大小變化和晶體取向的信息,紫外線/可見光分光光譜儀分析其穿透、吸收光譜,光激發光量測系統分析其光學特性,元件部分則是利用太陽光模擬器量測其J-V曲線來得到其開路電壓(Voc)、電流密度(Jsc)、填充因子(FF)、光電轉換效率(PCE)。
In this study,MAPbI3 was coated on ITO (Indium Tin Oxide) substrate with a PEDOT:PSS film to form a thin film in a nitrogen-filled glove box, followed by a layer of QD (FAPbBr1.5I1.5 , FAPbBrI2) thin film, followed by thermal evaporation of C60, Ag, and finally made into a perovskite solar cell of Glass / ITO/ PEDOT:PSS / MAPbI3/ QD-FAPbX3 /C60 / Ag, with PEDOT:PSS as a hole transmission layer, MAPbI3, QD as a light absorbing layer, and C60 acts as an electron transport layer.
This paper is mainly to synthesize FAPbX3 Perovskite Quantum Dots (QD-FAPbBr1.5I1.5, FAPbBrI2) by a simple method to calculate the equivalent powder, and then dope n-octylamine, oleic acid to make QD better. The exciton binding energy, surface morphology and stability, the color part is brown-red, can get higher wavelength light after excitation.
For the characteristic analysis of the components,using a field emission scanning electron microscope(SEM) to analysis morphology and the cross-sectional structure of the thin film, and the Ultraviolet/visible spectrophotometer analysis of its penetration, absorption spectrum, optical excitation light measurement system to analyze the optical properties, the component part is measured by a solar simulator to measure its J-V curve to obtain its open-circuit voltage (Voc), current density (Jsc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (PCE).
中文摘要 i
英文摘要 iii
致謝 iv
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與論文架構 3
第二章 理論基礎與文獻回顧 4
2.1 太陽能電池介紹 4
2.2 太陽光模擬定義 5
2.3 有機太陽能電池工作原理 6
2.3.1 能量及電荷轉移機制 6
2.3.2 有機太陽能電池運作機制 6
2.3.3 太陽能電池等效電路 8
2.3.4 有機太陽能電池運作機制 10
2.3.5 有機太陽能電池重要參數 10
2.4 有機太陽能電池結構 13
2.4.1 電洞傳輸層PEDOT:PSS材料特性 13
2.4.2 主動層Perovskite鈣鈦礦材料特性 13
2.4.3 電子傳輸層C60材料特性 14
2.5 量子點特性及其應用 15
2.5.1 量子點之特性 15
2.5.2 量子點之應用 18
第三章 實驗方法與步驟 19
3.1 實驗架構 19
3.2 實驗材料 20
3.3 實驗設備 21
3.3.1 旋轉塗佈機(Spin Coater) 21
3.3.2電磁加熱攪拌器(Hot Plate Stirrers) 22
3.3.3手套箱(Glove Box) 21
3.3.4 熱蒸鍍機系統介紹( Thermal Evaporation Systems) 22
3.4 實驗流程 23
3.4.1 FAPbBr1.5I1.5鈣鈦礦量子點溶液調配 23
3.4.2 FAPbBrI2鈣鈦礦量子點溶液調配 23
3.4.3 ITO基板清洗 24
3.4.4 UV-Ozone Cleaner 24
3.4.5 電洞傳輸層PEDOT:PSS薄膜製備 25
3.4.6 MAPbI3鈣鈦礦溶液調配 25
3.4.7 MAPbI3鈣鈦礦薄膜製備 26
3.4.8 FAPbBr1.5I1.5、FAPbBrI2鈣鈦礦量子點薄膜製備 26
3.4.9 電子層傳輸層C60薄膜製備 26
3.4.10熱蒸鍍金屬電極 26
3.5 量測儀器與量測系統架設 27
3.5.1 場發射掃描式電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscopy, FESEM) 27
3.5.2 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM) 27
3.5.3 光激發光光譜量測系統(Photoluminescence, PL) 27
3.5.4 紫外線/可見光分光光譜儀(UV/VIS/NIR Spectrometers) 28
3.5.5 光電轉換效率量測 29
第四章 實驗結果與討論 30
4.1 QD-FAPbX3之溶液TEM分析 30
4.2 MAPbI3/QD-FAPbX3薄膜之SEM分析 30
4.3 QD-FAPbX3溶液和薄膜未被激發、激發之實體圖 31
4.4 QD- FAPbX3溶液之PL分析 31
4.5 MAPbI3、QD-FAPbX3之UV-VIS吸收、穿透光譜分析 32
4.6 太陽能電池元件之J-V分析 33
4.6.1 一般結構與QD-FAPbBr1.5I1.5與QD-FAPbBrI2比較 33
第五章 結論與未來展望 34
5.1 結論 34
5.2 未來展望 34
參考文獻 60
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