非真空固態反應製程開發高效率鈣鈦礦太陽能電池模組與高靈敏度X光偵測器

本計畫將著重於開發非真空式固態反應法(SSR)合成高結晶度、結構、結晶方向可控制之鈣鈦礦材料用於高效率光伏元件與直接成像平面光訊號感測器。目標是藉由材料塗佈法與不使用有毒溶劑下，控制兩相反應條件，有效調控鈣鈦礦材料生長於不同應用項目時所需的最佳結構與結晶態，並提出可以大面積化生產高品質鈣鈦礦薄膜之潔淨製程。計畫第一年將使用非毒性溶劑以網印法或刮刀塗佈法製備PbI2、PbO 薄膜，藉由與MAI 固相反應的溫度、時間與氣氛，有效控制鈣鈦礦薄膜(CH3NH3PbI3/CH3NH3PbBr3)結晶形貌、結晶方向與大小。首年目標為探討以SSR 法的鈣鈦礦成長機制，進而製備二維結晶且縱向單晶邊界的CH3NH3PbI3 薄膜，並結合多孔TiO2 層(n 層)、電洞傳遞層(p 層)與銀電極製備高效率鈣鈦礦太陽能電池。計畫第二年將著重在所開發的光電元件中之TiO2 層的微結構控制與表面官能基修飾。目標在降低電池內介面電容效應並加速元件內部電子-電洞傳遞達到平衡，消彌太陽能電池性能量測時的遲滯現象，讓所開發的鈣鈦礦太陽能電池能具有真正的高效率表現。另外，由於本計畫所開發的鈣鈦礦薄膜含有Pb, I, Br 等大原子序特色，是理想的X 光偵測材料，因此本計畫會設計用於直接成像X 光平板感測器的響應靈敏度與對比解析度實驗，將深入研究鈣鈦礦材料中的原子種類與鹵素比例等調控因素對於結晶型態影響與光偵測靈敏度及對比解析度的關聯性。計畫第三年將延伸前兩年所建置累積之成果，進行結晶控制、面積放大的製程設計，開發光電轉換效率大於15%之大面積高效率鈣鈦礦太陽能電池模組(25 cm2 ~ 100 cm2)與設計大面積高像素之鈣鈦礦直接轉換X 光影像偵測器。進而嘗試降低模組內部層間介面阻抗、提升薄膜中載子壽命、感光層最佳化組成與厚度、大面積結晶均勻性控制與模組封裝設計，並用於實際應用項目將是第三年度的計畫重點。

系統編號:PB10701-0597
原計畫編號:MOST106-2218-E182-005-MY2