氧化石墨烯量子點應用於鈣鈦礦太陽能電池之研究

Abstract

本篇首先以研究氯混摻對於鈣鈦礦太陽能電池之影響，進而了解鈣鈦礦之物理與電性。憑藉組裝固態鈣鈦礦太陽能電池之經驗，目標為將氧化石墨烯量子點取代鈣鈦礦作為吸收層應用於太陽能電池。 本篇將甲基胺氯混入甲基胺碘∕異丙醇之溶液，並利用兩步連續沉積法將此混合溶液旋轉塗佈於碘化鉛上反應，經由100℃鍛燒兩小時後形成氯混摻之鈣鈦礦太陽能電池。 研究分析方面，本篇藉由XRD繞射分析與SEM分析探討鈣鈦礦之結晶組成與表面形態的變化；以紫外-可見光吸收光譜與量子效率量測系統分析鈣鈦礦於特定入射光波長下之吸收與光電流關係；分別利用I-V特性曲線、IMPS與IMVS以了解鈣鈦礦之電池特性、電子傳遞時間及電子生存時間。 經由XRD繞射分析發現，氯的混摻並不會改變鈣鈦礦的結晶組成；而從SEM中可看出，氯的混摻能使鈣鈦礦表面形態更為緻密，減少漏電途徑，同時使鈣鈦礦具有更大的結晶粒徑，有效地提升電子傳遞速率。 由紫外-可見光吸收光譜得知，氯的混摻對於鈣鈦礦吸收強度與吸收曲線特徵並無影響，其Onset Wavelength位置約於800 nm ( 能隙約為1 55 eV )；吸收峰位於藍光區與量子效率量測之光電流趨勢吻合。 根據I-V測試，藉由氯的混摻可將光電流由11 6 mA/cm2提升至17 1 mA/cm2，為轉換效率由6 53 %提升至10 4 %之主因。由紫外-可見光吸收光譜與IMPS結果可說明，光電流的提升主要於源於更短的電子傳遞時間而非吸光量的改變。同時，由IMPS之結果可發現鈣鈦礦擔載於二氧化鈦時，電子具有兩種傳遞模式：其一，電子經由鈣鈦礦導帶被工作電極收集後傳出外電路；其二，電子經由鈣鈦礦導帶注入到二氧化鈦導帶後，傳遞至工作電極再導向外電路。另外，由IMVS分析結果可知，氯的混摻得以延長電子生存時間與SEM之結果相符。然而，由IMVS分析我們無法找到可對應兩種電子傳遞模式的電子再結合模式。 最後，本篇嘗試將氧化石墨烯量子點應用於混合異質接面型鈣鈦礦太陽能電池結構，並藉由混入PCPDTBT高分子幫助電子電洞對分離與傳導，同時補足氧化石墨烯量子點的低紅光吸收。由I-V特性曲線可看出其暗電流於高電位差處並無下降趨勢，表示有其它行為產生正電流。進一步經由正向掃描的開關光I-V測試，其結果顯示氧化石墨烯量子點太陽能電池內部於0 49伏特下有PN性質的轉換，而引發此種轉換之原因仍有待更深入地探討。

Date of Award	2015 Jul 21
Original language	Chinese
Supervisor	Hsisheng Teng (Supervisor)