學位論文
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Item 陽離子界面活性劑之抗衡離子對鈣鈦礦太陽能電池之效能影響探討(2025) 李佳臻; Li, Jia-Zhen鈣鈦礦太陽能電池因具備高光伏效率、製程簡便與成本低廉等優勢，已成為新世代太陽能技術的重要研究焦點。然而，其穩定性與缺陷問題仍是限制商業化應用的關鍵挑戰。本研究採用MA₀.₁₆Cs₀.₀₅FA₀.₇₉Pb(I₀.₉Br₀.₁)₃鈣鈦礦為太陽能電池元件之光作用層，佐以四級銨鹽型陽離子界面活性劑為添加劑，詳細探討界面活性劑之抗衡離子的種類對於電子之光伏特性的影響。首先，透過 SEM 觀察表面及橫截面形貌，確立不同抗衡離子對結晶顆粒及膜層厚度的影響，觀察到C8TMAI 結晶顆粒最小，且鈣鈦礦層之膜層厚度並無因添加劑的加入而有顯著差異；搭配 EDX 元素分佈分析，證實C8TMAI可有效擴散至膜層內部，達到最佳的缺陷鈍化效果。再以 XRD、AFM 分析結晶行為及表面粗糙度，觀察到添加 C8TMAI 可減小晶粒尺寸、改善表面平整性，利於載子傳輸。經 UV-Vis 量測，證實添加劑的加入並未影響其吸光能力，以及 PL/TRPL 載子壽命研究，確認不同抗衡離子對載子復合動力學之影響，其中 C8TMAI 可顯著降低缺陷密度、延長載子壽命。以 SCLC、EIS、XPS 測試，說明 C8TMAI 可有效減少缺陷密度、改善界面電荷傳輸及結合力。再者，在元件光伏性能比較下可觀察到，於AM1.5G之測試條件下，添加 C8TMAI有最佳光電轉換效率，可使元件 PCE 由15.28% 提升至20.64%。而在元件之長期熱穩定性的分析中，可觀察到在85 °C氮氣環境的加速老化條件下，在1100小時測試後，經XRD量測，未添加C8TMAI的樣品可明顯觀察到PbI2峰，而添加C8TMAI之鈣鈦礦膜可明顯發現PbI2繞射峰的強度明顯下降，顯示C8TMAI的加入可有效抑制鈣鈦礦的降解，使其不因PbI2的析出導致元件效率下降，在元件之測試性能下，也觀察到在經過1100小時後C8TMAI仍維持初始效率的100%。最後，在6500 K、100 lx 室內照明環境下，C8TMAI 之光電轉換效率更高達53.10%，結合前述AM1.5G的測試結果，證實 C8TMAI 在模擬太陽光與室內光源這兩種光源條件下，皆有最佳的光電轉換效率。本研究系統比較不同抗衡離子之界面活性劑對鈣鈦礦薄膜結構、缺陷鈍化及載子傳輸行為之影響，結果突顯 C8TMAI 在改善元件性能及穩定性之關鍵角色，提供後續設計更穩定、高效、並適用於室內照明之鈣鈦礦元件之明確方向及研究依據。