學位論文

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    雙缺陷鈍化劑提升鈣鈦礦太陽能電池之光伏特性及穩定性
    (2025) 陳柏元; Chen, Po-Yuan
    鈣鈦礦太陽能電池因具備高光電轉換效率、低製備成本與製程簡易等優勢，成為近年來備受矚目的研究領域。然而，其商業化發展仍受限於材料缺陷所造成的穩定性問題與性能衰退。缺陷可分為材料本體的內部缺陷與界面層間的界面缺陷，兩者皆可能導致非輻射復合增加、載子壽命縮短與能量損耗，進而降低元件效能。本研究提出雙缺陷鈍化策略，透過在主動層中同時引入界面活性劑辛基三甲基溴化銨(octadecyltrimethylammonium bromide, 8CTMAB)與五氟苯甲酸(5-fluorobenzoic acid, PFBA)，分別針對界面與內部缺陷進行鈍化，以提升鈣鈦礦太陽能電池之光電轉換效率與穩定性。研究之太陽能電池元件以平面型p-i-n結構為基礎，使用 ITO/P3HT-COOH/Perovskite/PCBM/PEI/Ag之元件架構進行製作與分析。經實驗發現，PFBA的加入有助於鈍化晶格內部缺陷並促進大晶粒生成，而8CTMAB則藉由其陽離子長碳鏈結構排列於鈣鈦礦表面，改善界面能階匹配並減少界面缺陷。研究結果亦證實雙添加劑可有效延長載子壽命、降低陷阱密度及增加電荷再結合阻抗。因此，雙添加劑元件相較於pristine對照元件，可同時提升短路電流密度、開路電壓與填充因子，其PCE最高可達22.21%。在穩定性部分，本研究於65 °與85 °C氮氣環境下進行長時間加熱測試，雙添加劑元件在加熱1000多小時後仍維持其初始效率，顯示其熱穩定性大幅提升。同時，於6500 K LED光源及100 lx照度下，光電轉換效率可達51.99%，展現其優異的室內光應用潛力。此外，XPS與FTIR證實PFBA中的F與COOH官能基及8CTMAB的Br離子可有效鈍化鈣鈦礦膜之缺陷。綜合上述，本研究提出的雙缺陷鈍化策略，不僅能有效降低鈣鈦礦太陽能電池的內部與界面缺陷，進而提升元件光伏性能，同時亦增強其操作與環境穩定性，為高效能、長壽命鈣鈦礦太陽能電池的開發提供極具潛力的材料工程方向。