清華大學材料科學工程學系學位論文
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在薄膜太陽能技術中，Cu(In,Ga)Se2(CIGS)太陽能電池是取代矽晶太陽能電池最有潛力的候選者之一。一般CIGSe結構中，因為其氧化鋅窗口層和緩衝層的寄生吸收，在短波長的光譜響應普遍較弱。使用下轉換螢光(LDS)材料可以減少短波長的光學損耗，該材料可吸收短波長光子並且發出對吸收層較有利的光子。 LDS一般鍍製在元件頂部，為增強短λ響應的被動方式，且不論太陽能電池的製程為何，皆可以增強元件效率。 現今對於不同螢光材料的研究主要使用無機量子點(QDs)有機染料和稀土離子/複合物。無機量子點可藉由調整尺寸改變其吸收和發射能譜，且具有高發射強度。然而另一方面，由於吸收和發射能譜的大幅重疊，導致大量的吸收損失，且材料本身為高度毒性元素，如鎘和鉛。而有機染料具有相對高的吸收係數並接近於一的PL QY，但其較窄吸收能譜和相對小的Stoke shift，阻礙了有機染料的應用。此外，稀土離子表現出高PL QY但極低的吸收係數且其原料太過昂貴。 因此，碳核奈米點更受歡迎，其中石墨烯量子點(GQDs)表現出獨特的半導體特性。因此，GQDs 可用於光電，生物傳感，有機光伏和聚合物裝置。CQDs 具有功能穩定性，並且具低毒性，高螢光，高化學惰性，以及在極性和非極性溶劑中的優異溶解性。然而，此材料很難在固體基板上獲得均勻薄層分佈。例如，使用CQDs水溶液度沈積均勻薄層特別困難，因為CQDs在乾燥後易於團聚。為了克服這個缺點，我們在聚合物中參雜，例如羧甲基纖維素(CMC)和聚乙烯醇(PVA)，有助於保持由表面官能基以及核心產生的CQDs的光學性質.
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隨著綠能紀元的到來，我們似乎可以預見太陽能光伏產業未來的繁景。而為了加速光伏產業的進程，產界與學界都不斷地在尋求創新的高效電池結構以及具有成本競爭力的電池製程，以期在成本上得以對抗現行的燃煤發電。從學理的角度來看，如果太陽能模組可以結合一套優異的儲能系統，那麼全世界的能源需求都能夠由太陽能光伏來負擔。若以20%的太陽能模組為例，要滿足全球的能源需求僅需小於2%地球土地的安置面積就能夠達成。但就像現行所有的商品化產品一樣，成本的考量對光伏產業而言也總是排在第一順位。對太陽能光伏系統來說，它的建置成本有一部份是取決於組成模組的單片太陽能電池的效率，而要降低單片電池製造成本的最佳手段就是提升電池本身的效率。簡而言之，一個具有經濟效應的太陽能發電系統需要由高效且低成本的太陽能電池來組成。 本論文的主題有以下幾項：(1)推演出單接面電池與堆疊型電池的理論效率極限；(2)利用主流的PERC電池技術製作高效率的n型IBC電池；(3)檢驗IBC解析方程與量測數據之間的兼容性；(4)多晶矽鈍化接觸結構的製作與模擬分析。 本論文對現今光伏產業的重要貢獻在於，我們證明了高效率的IBC電池可以透過便宜的網印技術製作出來。透過採用主流的PERC電池生產技術，我們製備出了有效面積為100公分平方且光電轉換效率超過22%的網印型IBC電池。這在所有含有Al合金化射極的IBC電池的相關報導中，我們所製備的perc-IBC的電池性能在目前位居首位。另外，我們也發覺perc-IBC電池的一些重要特性(如JSC、VOC、RS)都可以透過解析方程進行解構，並獲得很好的一致性。此外，我們也透過計算出ρC-J0之間的權衡關係來找出多晶矽鈍化接觸結構的有效應用區間，同時，鈍化接觸結構的長時間穩定性則透過光電導衰減法的量測手段進行監測。
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本文將於2024/08/27開放下載。若您希望在開放下載時收到通知，可將文章加入收藏。
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有機發光二極體 (Organic Light Emitting Diode, OLED) 具有多項侵入性特 質，如面光源、可撓曲、高對比、廣視角、全彩化、低驅動電壓、節能和超高 顯色指數等優點，被譽為終極的顯示技術。 然而，目前 OLED 的發展，其發光效率仍有很大的進步空間，而改善元件 效率的方式，可透過低的注入能障、載子有效侷限、增加再結合區和有效的激 子產生，以研製出高效率 OLED，進而達到節能之效果。 本研究使用三功能硫氰酸亞銅(copper(I) thiocyanate, CuSCN)，此材料可 同時作為電洞注入、傳輸層(HIL/HTL)和電子侷限層(EBL)，4,4′-Bis(N- carbazolyl)-1,1′-biphenyl (CBP)為主體，摻雜綠色染料 bis[2-(2-pyridinyl-N)-phe- nyl-C](acetylacetonato)iridium(III) [(ppy)2Ir(acac)]，透過濕式製程研製出一高效 率綠光有機發光二極體;在 100 cd/m2 和 1,000 cd/m2 時，元件效率為 51.7 lm/W 和 40.3 lm/W，相較於一般以 PEDOT:PSS 作為電洞注入、傳輸層(HIL/HTL) 元件時，效率為 45.6 lm/W 和 25.1 lm/W，高出 13%和 60%;此外，當亮度由 100 cd/m2 升至 1,000 cd/m2 時，以 CuSCN 作為 HIL/HTL/EBL 的元件，效率下 降 22%;以 PEDOT:PSS 作為 HIL/HTL 的元件，效率則下降 45%;因此，以 CuSCN 作為 HIL/HTL/EBL 的元件時，在高亮度下，效率有更顯著的提升;此 外，當亮度提升時，也可減緩效率滾降。 此元件之高效率及減緩效率滾降，可歸因於 CuSCN 具有(1)較 PEDOT:PSS 淺的最低未填滿分子軌域(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)(-1.8eV)，施加電壓增強時，有效將電子侷限在發光層，與電洞再 結合，產生更多的激子;(2)較 PEDOT:PSS 深的最高填滿分子軌域(highest occupied molecular orbital, HOMO)(-5.5eV)，促進電洞注入發光層，提升電 子與電洞於發光層形成激子的機率;(3)較 PEDOT:PSS 高的可見光穿透率， 能有效提升出光效率;(4)減少薄膜表面粗糙度，降低元件漏電流機率。
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