碳點複合材料增進高效能鈣鈦礦電池之電洞淬取能力及光穩定性
本團隊將集成碳點應用於高效能反式平面異質結構鈣鈦礦太陽能電池並探討其效應。我們使用碳點修飾平面鈣鈦礦電池元件之電洞傳輸層，將碳點導入氧化石墨烯材料作為電洞傳輸層，使鈣鈦礦電池效率由只有氧化石墨烯時的14.7%顯著提高至最佳元件的16.2%。若更進一步將吸收紫外光區之碳點做為下轉換材料層，則能使元件效能提升至16.8%，其元件穩定度也較原先提升20%。而我們利用表面電位顯微鏡與循環伏安法分析氧化石墨烯/碳點複合材料與鈣鈦礦薄膜之界面電子帶，並藉由光致發光、瞬態螢光及瞬態光電壓衰減圖譜探討電荷轉移動力學，證明有碳點時電洞能夠更有效率地被淬取及轉移至導電基材，進而延遲電荷再結合的發生。
*Daniele Benetti, Efat Jokar, Che-Hsun Yu, Amir Fathi, Haiguang Zhao, Alberto Vomiero*, Eric Wei-Guang Diau*, Federico Rosei*, “Hole-extraction and photostability enhancement in highly efficient inverted perovskite solar cells through carbon dot-based hybrid material”, Nano Energy, 62, 781 (2019).
錫鈣鈦礦太陽能電池效能及穩定性之開發策略
錫鈣鈦礦太陽能電池之理論效率可達~33%，相較目前最高效率尚有很大的進步空間，本團隊所提出之解決辦法冀望能對未來的研究有所突破。回顧2014-2019年期間基於有機陽離子（甲基銨與甲脒）與其錫鈣鈦礦太陽能電池的發展，並提出了陽離子和共添加劑的策略。相較於鉛鈣鈦礦，錫鈣鈦礦太陽能電池存在二價/四價錫氧化與成膜性的問題。目前破紀錄之元件是以添加guanidinium為共陽離子、SnF2為添加劑及ethylenediammonium iodide為輔助添加劑之FASnI3反式平面元件，其效率可達近10%，並且有極佳之穩定性。而元件穩定性和效能或能藉由較大的有機陽離子與適當之添加劑形成2D/3D混摻的晶體結構獲得進一步提升。
Eric Wei-Guang Diau,* Efat Jokar and Mohammad Rameez, “Strategies to improve performance and stability for tin-based perovskite solar cells”, ACS Energy Lett., 4, 1930 (2019).