陳昇暉

近年來全球對於綠色能源的概念漸漸興起，故而太陽能電池的研究發展備受矚目，其中鈣鈦礦結構 (perovskite absorber , PA) 薄膜太陽能電池自2012年進展最為迅速，鈣鈦礦結構是晶體結構的名稱，應用於太陽能研究中的吸光材料是以有機-無機物交錯而構成。其中以CH3NH3PbI3 、CH3NH3PbI3-x Clx 及CH(NH2)2PbI3為吸光層的電池中，各種結構的太陽能電池之功率轉換效率 (Power Conversion Efficiency , PCE) 的元件都有將近10% 以上的表現。 本篇論文使用溶液製程法來製備高效率的鈣鈦礦 (CH3NH3PbI3) 薄膜太陽能電池，並利用掃描式電子顯微鏡、二維X光繞射儀、吸收光譜儀、螢光光譜儀、奈秒時間解析螢光光 譜儀與拉曼光譜儀，研究鈣鈦礦薄膜的結構與光電特性，藉此優化出能於本實驗室中製作，且具有最高功率轉換效率之元件的製程條件，並了解各層材料於不同製程條件下的特性。而本篇論文的溶液製程主要是採用旋轉塗佈的方式，其優點在於能夠以低耗能、低成本與快速的方式製備鈣鈦礦薄膜太陽能電池。 本篇論文的元件架構為：Ag/PC61BM/CH3NH3PbI3/PEDOT:PSS/ITO/glass。 Ag (銀) 與ITO (氧化銦錫) 各別為電池的陰極與陽極；[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61BM) 與Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (PEDOT:PSS)各別是電池的電子傳遞層 (electron transport layer , ETL) 與電洞傳遞層 (hole transport layer , HTL)；CH3NH3PbI3則是電池的吸光層。以旋轉塗佈法製作PEDOT:PSS薄膜、CH3NH3PbI3薄膜與PC61BM薄膜，最後使用真空熱蒸鍍的方式製作陰極層Ag，在優化製程參數下所得到最高效率之元件的功率轉換效率 (PCE) 達12.54%；短路電流 (JSC) 達20.51 mA/cm^2，開路電壓 (VOC) 達0.93 V，填充因子 (FF) 達65.67%。