旋轉塗佈

旋轉塗佈是最常見且低成本的製程，因此我們首先採用此製程來製作鈣鈦礦 太陽能電池中的奈米銀線對電極。探討的製程條件包含旋塗轉速與旋塗次數。

轉速探討

將濃度0.5 wt%的奈米銀線溶液以轉速 1500, 1000, 500 rpm 旋轉塗佈 30 s 於平 面正規結構之鈣鈦礦太陽能電池的電洞傳輸層 spiro-OMeTAD 上作為對電極，圖 4-1 與表 4-1 分別為太陽能電池之電流密度-電壓曲線與元件特性參數之比較。

此外，將濃度0.5 wt%的奈米銀線溶液以轉速 1500, 1000, 500 rpm 旋轉塗佈 30 s 於康寧玻璃進行四點探針量測其片電阻值，量測五次取平均值並計算其標準差，

如表 4-2 所示。

圖 4-1 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1500, 1000, 500 rpm 旋轉塗佈 30 s 於平面

正規結構之鈣鈦礦太陽能電池的電洞傳輸層上作為對電極之太陽能電池電流密度-電壓曲線圖

表 4-1 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1500, 1000, 500 rpm 旋轉塗佈 30 s 於平面 正規結構之鈣鈦礦太陽能電池的電洞傳輸層上作為對電極之太陽能電池元件特性

參數

旋塗轉速 Voc

(V)

Jsc (mA/cm²)

F.F.

(%)

PCE (%)

1500 rpm 0.741 13.27 31.0 3.05

1000 rpm 0.836 14.08 32.3 3.80

500 rpm 0.94 13.93 24.0 3.14

由圖 4-1 與表 4-1 可知當奈米銀線溶液旋塗轉速達 1000 rpm 時，元件擁有較 佳的光電轉換效率3.8 %。當轉速為 1500 rpm 時，奈米銀線導電膜厚度較薄，導致 片電阻較高而光電轉換效率較低；當轉速為500 rpm 時，因轉速過慢而開始導致肉 眼即可觀察之塗佈不均現象。此外，因為奈米銀線溶液之溶劑異丙醇會侵蝕下方的 電洞傳輸層spiro-OMeTAD [15]，故當轉速過低時，殘留的溶劑越多且溶劑殘留的 時間越長，侵蝕的狀況越明顯，元件表現也就因此下降。

表 4-2 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1500, 1000, 500 rpm 旋轉塗佈 30 s 於康寧 玻璃之片電阻值

旋塗轉速 Rsheet

(Ω/sq)

STDEV (Ω/sq)

1500 rpm 6.889 0.160

1000 rpm 6.100 0.302

500 rpm 3.789 0.317

次(層)數探討

在無法繼續以降低轉速提高厚度的情況下，我們嘗試多次塗佈以增加膜厚。圖 4-2 與表 4-3 為濃度 0.5 %的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 與 3 次作為 對電極之鈣鈦礦太陽能電池的電流密度-電壓曲線與元件特性參數之比較。

此外，將濃度0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 與 3 次於 康寧玻璃進行四點探針量測其片電阻值，量測五次取平均值並計算其標準差，如表 4-4 所示。

圖 4-2 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 與 3 次作為對電 極之鈣鈦礦太陽能電池的電流密度-電壓曲線圖

表 4-3 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 與 3 次作為對電 極之鈣鈦礦太陽能電池的元件特性參數

旋塗次數 Voc

(V)

Jsc (mA/cm²)

F.F.

(%)

PCE (%) 1 次 0.836 14.08 32.3 3.80 3 次 0.872 9.52 15.7 1.30

由圖 4-2 與表 4-3 可知元件的整體表現隨著奈米銀線旋轉塗佈的次數增加而 迅速下降，當塗佈超過三次時，已無法獲得太陽能電池的特性曲線，這可能是因為 多次塗佈增加異丙醇侵蝕下層spiro-OMeTAD 的次數，甚至對鈣鈦礦層亦產生侵蝕 破壞[8, 15]。

表 4-4 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 與 3 次於康寧玻 璃之片電阻值

旋塗次數 Rsheet

(Ω/sq)

STDEV (Ω/sq)

1 次 6.100 0.302

3 次 2.099 0.185

掃描式電子顯微鏡分析

接著我們以最佳條件1000 rpm 30 s 將奈米銀線塗佈 1 次於康寧玻璃，利用掃 描式電子顯微鏡 (Scanning electron microscope, SEM) 分析，觀察奈米銀線之表面 型態及其分布情形，如圖 4-3 所示，可觀察到明顯塗佈不均之現象。

圖 4-3 濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以 1000 rpm 30 s 旋轉塗佈 1 次之 SEM 俯視 圖

由上述結果可知，以旋轉塗佈法塗佈奈米銀線作為鈣鈦礦太陽能電池之對電 極有眾多侷限，包含溶劑直接接觸導致下方電洞傳輸層spiro-OMeTAD 受到侵蝕、

塗佈不均勻、厚度無法有效提升等，因此我們改以噴閥式塗佈奈米銀線對電極。