穩定高效率鈣鈦礦敏化太陽能電池無毒製程開發

本計畫將著重於鈣鈦礦太陽能電池助效式化學儲能系統之開發，將探討更適合Perovskite 太陽能電池使用之電子傳輸材料層(n 型材料層)與環保無毒水溶液鈣鈦礦材料的合成與製程開發，藉由提升電子傳輸材料層的導電性與載子傳導性以及與Perovskite 層及上金屬電極層的能階與界面搭配性做一完整性探討。同時藉由電池封裝技術，改善鈣鈦礦太陽能電池元件與鈣鈦礦電池助效式化學儲能系統，並進行整體元件穩定性研究與提升。本計畫第一年首先將建構鈣鈦礦太陽能電池各層結構製程與組裝量測比較平台，以效率穩定大於10%做為比較基準。我們將開發高電子遷移率的氧化鋅薄膜，並藉由能階調控與介面工程探討，期能製備單材料具備TCO 與n 層電子收集/電洞阻隔的多功效透明薄膜，作為鈣鈦礦太陽電池收集電子層使用。由於電子傳輸材料的電子遷移率與材料的氧化程度及摻雜有關，藉由前驅溶液及製程參數，來設計出具有合成溫度低且有較高載子遷移率薄膜，降低晶界串聯電阻，減少電子/電洞的再結合反應。改善填充因子與電池光電轉換效率。本計畫第二年將發展水溶性前驅物來製備PbI2 層，進而再反應為PVSK 層，作為鈣鈦礦太陽電池光敏層使用，開發環保無毒的鈣鈦礦製程。由於一般文獻大部分在製備PVSK(CH3NH3PbI3)層時都是使用有毒性的溶劑，例如:DMF、DMSO 等都是高極性、高危險性的溶劑，對人體是一大危害，未來商業化生產考量將是一大限制。我們將開發適合於大面積電鍍法與噴塗法的製程技術，供鈣鈦礦太陽能電池與鈣鈦礦電池助效式化學儲能系統使用。本計畫第三年將進行電池封裝材料與封裝方法的探討，並結合其他子計畫所開發之奈米結構能帶調控式半導體光觸媒與高遷移率透明導電氧化物及量子點電洞材料，進行鈣鈦礦太陽電池元件與鈣鈦礦電池助效式化學儲能系統最適化探討。利用交流阻抗分析儀(EIS)分析電池界面電容與阻抗特性以及利用雷射暫態分析元件內載子壽命等基礎特性，並且針對電池各材料與製程間最佳化作調整與探討，以得到最佳化電池表現。

系統編號:PB10507-1871
原計畫編號:MOST105-2221-E182-059-MY3