TWI764117B - 混摻ＡｇＩｎＳ２及Ｃｏ提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法 - Google Patents

混摻ＡｇＩｎＳ２及Ｃｏ提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法

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TWI764117B
TWI764117B TW109109677A TW109109677A TWI764117B TW I764117 B TWI764117 B TW I764117B TW 109109677 A TW109109677 A TW 109109677A TW 109109677 A TW109109677 A TW 109109677A TW I764117 B TWI764117 B TW I764117B
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歐珍方
吳宗祐
洪守澎
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Abstract

本發明係提供一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法，主要係藉由銀銦硫量子點(AgInS2以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中，可增加鈣鈦礦太陽能電池之內部覆蓋率，減少光吸收損失，並優化該鈣鈦礦太陽能電池每層間的表面晶粒間隙能較緊密；以及在電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)藉由鈷以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)中，可大幅提昇各層材料之載子遷移率，降低電子電洞之再結合機率，進而達到提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率之結構者。

Description

混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法
本發明係有關一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法，尤其是一種增加鈣鈦礦太陽能電池之內部覆蓋率，減少光吸收損失，並優化該鈣鈦礦太陽能電池每層間的表面粒晶較緊密，以及提昇各層材料之載子遷移率，進而令本發明達到提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率之結構者。
按，近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的出現，有著高效率及低成本的優點，成為目前最具競爭力的太陽能材料之一，其元件光電轉換效率之好壞取決於鈣鈦礦主動層的表面晶粒形態、每層間的表面粗糙度及各層材料之載子遷移率等條件，以使傳統鈣鈦礦太陽能電池有許多進步的空間。
是以，針對上述鈣鈦礦太陽能電池所存在之問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新結構，實使用消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。有鑑於此，創作人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。
即，本發明之主要目的，係在提供一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構及其方法；其所欲解決之問題點，係針對習知鈣鈦礦主動層的表面晶粒形態、每層間的表面粗糙度及各層材料之載子遷移率等條件有許多進步的空間等問題點加以改良突破；而其解決問題之技術特點，主要係藉由包括一陽極層(ITO Glass)，該陽極層係為一ITO玻璃材質製成；一電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)，係覆設於該陽極層之上端面，其中該電洞傳輸層係包含有一鈷(Co)，該鈷(Co)以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)混合而成；一主動層(Perovskite：AgInS2)，係覆設於該電洞傳輸層之上端面，該主動層係包含有複數鈣鈦礦(Perovskite)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)混合而成；其中該銀銦硫量子點(AgInS2)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中；一電子傳輸層(PC61BM)，係覆設於該主動層之上端面；一陰極層(Ag)，該陰極層係覆設於該電子傳輸層之上端面，該陰極層係包含一銀質層(Ag)所構成；藉此創新獨特設計，使本發明藉由銀銦硫量子點(AgInS2以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中，可增加鈣鈦礦太陽能電池之內部覆蓋率，減少光吸收損失，並優化該鈣鈦礦太陽能電池每層間的表面晶粒間隙能較緊密；以及在電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)藉由鈷以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)中，可大幅提昇各層材料之載子遷移率，降低電子電洞之再結合機率，進而達到提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率之結構者。
10:陽極層
20:電洞傳輸層
21:氧化鎳
22:鈷
30:主動層
31:鈣鈦礦(Perovskite)
32:銀銦硫量子點(AgInS2)
40:電子傳輸層
50:陰極層
51:銀質層
第1圖：係本發明之剖視圖。
第2圖：係本實施例之外部量子效率圖。
第3圖：係本實施例之J-V曲線圖。
本發明提供一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構，包括：一陽極層(ITO Glass)(10)，該陽極層(10)係為一ITO玻璃材質製成；一電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)(20)，係覆設於該陽極層(10)之上端面，其中該電洞傳輸層(20)包含鈷(Co)(22)，該鈷(Co)以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於一氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)(21)混合而成，該鈷(Co)相對氧化鎳為佔1%莫耳百分比(mol%)之比例；一主動層(Perovskite：AgInS2)(30)，係覆設於該電洞傳輸層(20)之上端面，該主動層(30)係包含有複數鈣鈦礦(Perovskite)(31)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)(32)混合而成；其中該銀銦硫量子點(AgInS2)(32)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層(30)中；一電子傳輸層(PC61BM，分子式：phenyl-C61-butyric acid methyl ester)(40)係藉由富勒烯衍生物製成，係覆設於該主動層(30)之上端面；一陰極層(Ag)(50)，該陰極層(50)係覆設於該電子傳輸層(40)之上端面，該陰極層(50)係包含一銀質層(Ag)(51)所構成者。
本發明還提供一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之方法，包括：一陽極層(ITO Glass)(10)，該陽極層(10)係為一ITO玻璃材質製成，經蝕刻後清洗備用，並放入紫外線光表面處理10分鐘；一電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)(20)，係覆設於該陽極層(10)之上端面，該電洞傳輸層(20)係包含鈷(Co)(22)，該鈷(Co)(22)以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)(21)混合而成混合液，該鈷(Co)相對氧化鎳為佔1%莫耳百分比(mol%)之比例；所述之電洞傳輸層(20)覆設於該陽極層(10)之上端面覆設方式係藉由將上述混合液以5000rpm、30秒的轉速旋轉塗佈於陽極層(10)表面，塗佈完成後放置於加熱板上熱退火140℃、10分鐘，使電洞傳輸層(20)在陽極層(10)表面呈固化狀薄膜；一主動層(Perovskite：AgInS2)(30)，係覆設於該電洞傳輸層(20)之上端面，該主動層(30)係包含有複數鈣鈦礦(Perovskite)(31)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)(32)混合而成；其中該銀銦硫量子點(AgInS2)(32)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層(30)中；所述之主動層(Perovskite：AgInS2)(30)覆設於該電洞傳輸層(20)之上端面方式，係藉由將複數鈣鈦礦(Perovskite)(31)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)(32)混合液以先後二段轉速塗佈於該電洞傳輸層表面：先以1000rpm(Revolution(s)PerMinute)、30秒轉速旋轉塗佈複數鈣鈦礦(Perovskite)(31)於該電洞傳輸層(20)表面；再以5000rpm(Revolution(s)PerMinute)、20秒轉速旋轉塗佈複數銀銦硫量子點(AgInS2)(32)於該電洞傳輸層(20)表面， 因該銀銦硫量子點(AgInS2)(32)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中，以使該複數鈣鈦礦(Perovskite)(31)與銀銦硫量子點(AgInS2)(32)為1：0.15不同濃度比例混合液塗佈於該電洞傳輸層(20)表面，塗佈完成後放置在加熱板上熱退火120℃、15分鐘，使該主動層在該電洞傳輸層(20)表面呈固化狀薄膜；一電子傳輸層(PC61BM，分子式：phenyl-C61-butyric acid methyl ester)(40)係藉由富勒烯衍生物製成，係覆設於該主動層(30)之上端面；其覆設方式係藉由將該電子傳輸層(40)混合液以1250rpm、45秒的轉速旋轉塗佈於該主動層(30)表面，塗佈完成後無須熱退火，只須放置待其自然乾約40~60分鐘，使電子傳輸層(40)在主動層(30)表面呈固化狀薄膜；一陰極層(Ag)(50)，該陰極層(50)係覆設於該電子傳輸層(40)之上端面，該陰極層(50)係包含一銀質層(Ag)(51)構成，所述之覆設方式係將該銀質層(Ag)(51)熱蒸鍍於電子傳輸層(40)表面，即完成元件製作者。
請參閱第2圖所示，其係本發明實施例之實驗數據所產生之外部量子效率圖，其中主動層(30)之吸收波長約在400~800nm，在600nm附近有較強的吸收譜帶，故銀銦硫量子點(AgInS2)(32)以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層(30)中能產生最大吸光度提升了70%，其原因是添加了銀銦硫量子點(AgInS2)(32)及鈷(22)能改善主動層(30)的表面形態並增加其覆蓋率，減少光吸收損失，使鈣鈦礦薄膜能有效的吸收光以提高吸收度及吸光範圍，並提高吸光度； 請參閱第3圖所示，其係本發明實施例之實驗數據所產生之J-V曲線圖，可發現其最佳轉換效率為添加銀銦硫量子點(AgInS2)(32)具有最高光電轉換效率為12.2%，與未添加相比約提升50%，因此開路電壓有明顯的提高，也使整體提高了較大的光電轉換效率。
藉此，本發明藉由銀銦硫量子點(AgInS2)(32)以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層(30)中，以及在電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)藉由鈷以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)，因此增加鈣鈦礦太陽能電池之內部覆蓋率，減少光吸收損失，並優化該鈣鈦礦太陽能電池每層間的表面晶粒間隙能較緊密，以及提昇各層材料之載子遷移率，進而令本發明達到提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率之結構者。
歸納上述的說明，藉由本發明上述結構的設計，可有效克服習式發明所面臨的缺失，進一步具有上述眾多的優點及實用價值，因此本發明為一創意極佳之發明創作，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，故本發明已符合發明專利有關『新穎性』與『進步性』的要件，乃依法提出申請。
10:陽極層
20:電洞傳輸層
21:氧化鎳
22:鈷
30:主動層
31:鈣鈦礦(Perovskite)
32:銀銦硫量子點(AgInS2)
40:電子傳輸層
50:陰極層
51:銀質層

Claims (2)

  1. 一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之結構，包括：一陽極層(ITO Glass)，該陽極層係為一ITO玻璃材質製成；一電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)，係覆設於該陽極層之上端面，其中該電洞傳輸層係包含鈷(Co)，該鈷(Co)以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)混合而成，該鈷(Co)相對氧化鎳為佔1%莫耳百分比(mol%)之比例；一主動層(Perovskite：AgInS2)，係覆設於該電洞傳輸層之上端面，該主動層係包含有複數鈣鈦礦(Perovskite)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)混合而成；其中該銀銦硫量子點(AgInS2)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中；一電子傳輸層(PC61BM，分子式：phenyl-C61-butyric acid methyl ester)係藉由富勒烯衍生物製成，係覆設於該主動層之上端面；一陰極層(Ag)，該陰極層係覆設於該電子傳輸層之上端面，該陰極層係包含一銀質層(Ag)所構成者。
  2. 一種混摻AgInS2及Co提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率之方法，包括：一陽極層(ITO Glass)，該陽極層係為一ITO玻璃材質製成，經蝕刻後清洗備用，並放入紫外線光表面處理10分鐘；一電洞傳輸層(1%mol%Co：NiOx)，係覆設於該陽極層之上端面，該電洞傳輸層係包含有包含鈷(Co)，該鈷(Co)以1%莫耳百分比(mol%)之比例摻雜於氧化鎳(1%mol%Co：NiOx)混合而成混合液，該鈷(Co)相對氧化鎳為佔1%莫耳百分比(mol%)之比例；所述之電洞傳輸層覆設於該陽極層之上端面覆設方式係藉由將上述混合液以5000rpm、30秒的轉速旋轉塗佈於該陽極層表面，塗佈完成後放置於加熱板上熱退火140℃、10分鐘，使該電洞傳輸層在該陽極層表面呈固化狀薄膜；一主動層(Perovskite：AgInS2)，係覆設於該電洞傳輸層之上端面，該主動層係包含有複數鈣鈦礦(Perovskite)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)混合而成；其中該銀銦硫量子點(AgInS2)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層 中；所述之主動層(Perovskite：AgInS2)覆設於該電洞傳輸層之上端面方式，係藉由將複數鈣鈦礦(Perovskite)與複數銀銦硫量子點(AgInS2)混合液以先後二段轉速塗佈於該電洞傳輸層表面：先以1000rpm(Revolution(s)PerMinute)、30秒轉速旋轉塗佈複數鈣鈦礦(Perovskite)於該電洞傳輸層表面；再以5000rpm(Revolution(s)PerMinute)、20秒轉速旋轉塗佈複數銀銦硫量子點(AgInS2)於該電洞傳輸層表面，因該銀銦硫量子點(AgInS2)是以0.15mg/mL之比例混摻於該主動層中，以使該複數鈣鈦礦(Perovskite)與銀銦硫量子點(AgInS2)為1：0.15不同濃度比例混合液塗佈於該電洞傳輸層表面，塗佈完成後放置在加熱板上熱退火120℃、15分鐘，使該主動層在該電洞傳輸層表面呈固化狀薄膜；一電子傳輸層(PC61BM，分子式：phenyl-C61-butyric acid methyl ester)係藉由富勒烯衍生物製成，係覆設於該主動層之上端面；其覆設方式係藉由將該電子傳輸層混合液以1250rpm、45秒的轉速旋轉塗佈於該主動層表面，塗佈完成後無須熱退火，只須放置待其自然乾約40~60分鐘，使該電子傳輸層在該主動層表面呈固化狀薄膜；一陰極層(Ag)，該陰極層係覆設於該電子傳輸層之上端面，該陰極層係包含一銀質層(Ag)構成，所述之覆設方式係將該銀質層(Ag)熱蒸鍍於該電子傳輸層表面，即完成元件製作者。
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