添加劑增進純錫鈣鈦礦太陽電池效能與穩定性
本研發團隊專注於無鉛鈣鈦礦太陽能電池方面的研究，而無鉛鈣鈦礦材料的首選即是將原來的中心金屬鉛(Pb)以錫(Sn)來取代。在本研究中我們有效利用兩種添加劑－BAI與EDAI2－來增進純錫鈣鈦礦(FASnI3)太陽能電池的效能與穩定性。FASnI3晶體的成膜性在微量EDAI2的修飾下大幅提升，EDAI2添加劑幫助我們解決了平板無鉛鈣鈦礦太陽能電池不易形成均勻整齊排列薄膜的最大難題。除了成膜性較佳以外，含有添加劑(BAI or EDAI2)的FASnI3晶體其穩定性易大幅提升；此外，微量EDAI2的存在確實有修飾FASnI3晶體表面而有效地抑制了Sn2+®Sn4+的氧化過程而使得錫鈣鈦礦更為穩定。在元件效能方面，添加1 % EDAI2的FASnI3反式平面元件其效能在剛製備完成可達7.4 %，而在低水氧的手套箱中儲存1500小時以上其元件效能可以提升到接近9 %的最高紀錄，我們的技術可以廣泛的運用到其他無鉛鈣鈦礦太陽能電池上而使得無鉛鈣鈦礦電池重新站上PV的世界舞台。
* E. Jokar, C.-H. Chien, A. Fathi, M. Rameez, Y.-H. Chang and E. W.-G. Diau, “Slow surface passivation and crystal relaxation with additives to improve device performance and durability for tin-based perovskite solar cells”, Energy Environ. Sci. 11, 2353 (2018).
破紀錄之超穩定純錫鈣鈦礦太陽能電池
無鉛鈣鈦礦太陽能電池方面的研究之最大的挑戰即是它的穩定性－無鉛鈣鈦礦材料會因為接觸到空氣中的水和氧而快速地分解退化。在本研究中我們有效利用兩種有機陽離子前驅物－FAI與GAI－來增進純錫鈣鈦礦太陽能電池的效能與穩定性。此混參FA1-xGAxSnI3晶體的成膜性在微量(1 %)EDAI2的修飾下大幅提升，且因為GA+為非極性陽離子，它在鈣鈦礦晶體中可以有效地抑制Sn2+®Sn4+的氧化過程而使得此混參陽離子純錫鈣鈦礦更為穩定。在GAI:FAI = 20:80的條件下純錫鈣鈦礦太陽能電池的效能可以達到最佳化，其效能在剛製備完成可達8.5 %，而在儲存2000小時後其元件效能可以提升到破紀錄的9.6 %。此外，此元件在one sun強光環境的照射下可以穩定的存活一小時以上，因此它可以接受太陽能電池元件認證實驗室之嚴苛光與熱條件下的挑戰而獲得新鮮(freshly prepared)電池元件的認證結果－PCE = 8.3 %－這是世界上第一個無鉛鈣鈦礦太陽能電池所獲得認證的結果，使得無鉛鈣鈦礦太陽能電池達到未來商業化的一個新的里程碑。
* E. Jokar, C.-H. Chien, C.-M. Tsai, A. Fathi and E. W.-G. Diau, Adv. Mater., 1804835 (2018). DOI: 10.1002/adma.201804835