結論
本研究以全溶液式製程製作出FTO/TiO2/MAPbI3/spiro-OMeTAD/AgNWs 之平 面正規結構鈣鈦礦太陽能電池。文獻中以高效率鈣鈦礦太陽能電池之銀對電極經 spiro-OMeTAD 表面的 p 型摻雜，進而使奈米銀線/spiro-spiro-OMeTAD 之界面更為匹配。而 分流電阻分析說明紫外光臭氧短時間處理能大幅增加其分流電阻，以及電化學阻
未來展望
本研究團隊以全溶液製程所製備之平面正規結構鈣鈦礦太陽能電池達到近 13
%的能量轉換效率，相當於本團隊以高真空蒸鍍銀對電極之元件表現，是目前以奈 米銀線為對電極的全溶液製程之正規結構鈣鈦礦太陽能電池文獻中尚未所及的[14, 15]。然而，我們仍有相當大的進步空間來自於本團隊以高真空蒸鍍銀對電極之標 準元件，與目前文獻中以高真空蒸鍍銀對電極之元件表現最高22 %有段落差[6]。
我們認為在製程中每一層薄膜間的界面仍有改善空間，例如改善電子電洞傳輸 層與鈣鈦礦層界面之缺陷。此外，我們也發現銀對電極會透過電洞傳輸層 spiro-OMeTAD 中的細微孔洞促進與鈣鈦礦層中的碘離子形成碘化銀，降低元件表現與 穩定性[100]，因此可以仿效倒置結構中引入適合之材料作為緩衝層改善此問題。
在結構方面，亦可參考目前以高真空蒸鍍銀對電極之高效率元件使用的中孔性正 規結構進行嘗試。
另外，本研究所製備之奈米銀線對電極在可撓性基板上的應用潛力巨大，由於 奈米銀線網絡具有良好可撓曲性，比起 ITO 與奈米銀粒子更適用於可撓性基板之 研究開發，如2016 年，韓國 Lee 團隊[14]將溶液製程之奈米銀線作為對電極與鈦 金屬可撓性基板作為下電極，應用於中孔性正規結構之可撓性鈣鈦礦太陽能電池，
在經過 100 次的彎曲測試後，以奈米銀線對電極之元件效率還維持了原本之 97.4
%，以 ITO 對電極之元件效率卻大幅下降至原本之 70 %左右，這證明了奈米銀線 的可延展性質比 ITO 的薄膜易碎性質更利於可撓性元件的製作。因此我們下個目 標便是利用本研究所開發之空氣噴塗製程搭配紫外光臭氧處理，製備良好的可撓 曲性鈣鈦礦太陽能元件。
附錄 A 高真空蒸鍍製程之銀對電極
附錄 A 展示本團隊以高真空蒸鍍銀對電極之平面正規結構鈣鈦礦太陽能電池
的元件表現，我們將純度 99.99 %的銀錠置於坩鍋內，並將真空腔體之壓力抽至 310-6 torr，使用電子束蒸鍍約 85 nm 的銀對電極，所獲得之鈣鈦礦太陽能電池的 電流密度-電壓曲線圖與元件特性參數如圖 A-1 與表 A-1 所示。
圖 A-1 蒸鍍 85 nm 銀對電極之鈣鈦礦太陽能電池的電流密度-電壓曲線圖
表 A-1 蒸鍍 85 nm 銀對電極之鈣鈦礦太陽能電池的元件特性參數 蒸鍍銀厚度 Voc
(V)
Jsc (mA/cm2)
F.F.
(%)
PCE (%)
85 nm 1.002 18.99 68.8 13.10
附錄 B 背板覆蓋法
為避免旋轉塗佈法 (spin coating) 所造成的溶劑直接接處與殘留侵蝕等問題，
我們利用背板覆蓋法 (back cover) 來避免溶劑與下層結構接觸，另外搭配噴閥式 塗佈法 (spray coating) 沉積均勻的奈米銀線薄膜。
於是我們結合以上兩種方法，先製作了奈米銀線溶液以空氣為載流氣體噴塗 15 次(層)於 PDMS 基板上作為背板，待銀線溶劑完全揮發後再將背板之奈米銀線 面直接蓋於電洞傳輸層 spiro-OMeTAD 上完成元件。量測結果之電流密度-電壓曲 線圖與元件特性參數如圖 B-1 與表 B-1 所示。
圖 B-1 奈米銀線背板覆蓋於鈣鈦礦太陽能電池之電流密度-電壓曲線圖 表 B-1 奈米銀線背板覆蓋於鈣鈦礦太陽能電池之元件特性參數
Condition Voc
(V)
Jsc (mA/cm2)
F.F.
(%)
PCE (%)
Device + AgNWs/PDMS 1.024 12.38 38.2 4.84
雖然透過背板覆蓋可完全避免溶劑與下層結構的接觸，但由圖 B-1 與表 B-1 可知亦產生新問題導致元件表現仍然不佳。而其最大的問題為奈米銀線與下層結 構 (spiro-OMeTAD) 接觸不良的問題，可由撕開奈米銀線/PDMS 背板時發現，下 層結構與奈米銀線/PDMS 背板幾乎完全分離，這代表奈米銀線對電極並沒有與電 洞傳輸層spiro-OMeTAD 形成良好的接觸。
除 PDMS 外我們亦嘗試過玻璃、熱塑膜作為奈米銀線的承載基板，但由於玻 璃與銀線皆無黏性故完全無法黏合成元件進行量測，以及熱塑膜需高溫加熱才能 黏合之特性而導致破壞下層元件結構終告失敗。
附錄 C 其他後處理之應用探討
除紫外光臭氧 (Ultraviolet ozone, UVO) 處理外，我們亦嘗試其他後處理方法 於平面正規鈣鈦礦太陽能電池之奈米銀線對電極的應用，如強脈衝光 (Intense pulsed light, IPL)、介電質放電 (Dielectric barrier discharge, DBD)。附錄 C 展示我們 尚未比較不同載流氣體時之多種後處理方法研究，因此皆以氮氣為載流氣體噴塗 奈米銀線對電極。
強脈衝光處理流程為將準備好之試片放進其腔體內進行處理，其試驗之處理 參數為500, 1000 ms 連續 4 次與未處理之研究比較。
介電質放電處理流程為將準備好之試片分別正面朝下倒蓋於氮氣手套箱內之 介電質放電上端進行處理，其試驗之處理參數為20, 40 s 與其未處理之研究比較
紫外光臭氧處理為將準備好之試片放進其腔體內進行處理，其試驗之處理參 數為20, 40 s 與其未處理之研究比較，以及單一試片之連續處理 30, 60, 120, 240 s 與其未處理之研究比較。
強脈衝光處理 (IPL)
由圖 4-16 與奈米銀線廠商的供貨規格可知，光波長範圍 340-380 nm 為奈米 銀線之吸收波段，特別是在350 nm 左右有個強吸收峰，因此我們進行了以強脈衝 光 (Intense pulsed light, IPL) 處理元件之奈米銀線對電極面。
將 0.5 wt%的奈米銀線溶液以氮氣噴塗 10 次之鈣鈦礦太陽能電池作為試片，
進行強脈衝光處理500, 1000 ms 連續 4 次，並與未處理之元件比較，探討其電流密 度-電壓曲線與元件特性參數，如圖 C-1 與表 C-1 所示。
圖 C-1 未處理與強脈衝光處理 500, 1000 ms 連續 4 次之鈣鈦礦太陽能電池電流密 度-電壓曲線圖
表 C-1 未處理與強脈衝光處理 500, 1000 ms 連續 4 次之鈣鈦礦太陽能電池元件特 性參數
Condition Voc
(V)
Jsc (mA/cm2)
F.F.
(%)
PCE (%)
Untreated 1.038 16.59 41.1 7.07
IPL 500 ms, 4 times 0.010 0.070 1.9 0.00 IPL 1000 ms, 4 times 0.002 0.001 21.2 0.00
由圖 C-1 與表 C-1 可知，直接對完整的鈣鈦礦太陽能電池元件進行處理後，
強脈衝光會導致元件劣化。如處理1000 ms 連續 4 次 (IPL 1000 ms, 4 times) 的元
件，其中鈣鈦礦層與 spiro-OMeTAD 從原本的褐色與紫綠色經處理後變成透明無 色，並且無太陽能電池之光伏特性，由此推知強脈衝光處理可能使鈣鈦礦層分解。
介電質放電處理 (DBD)
我們團隊曾利用介電質放電 (Dielectric barrier discharge, DBD) 成功地將鈣鈦 礦吸收層之界面改質，故想利用此方法對鈣鈦礦太陽能電池元件之奈米銀線對電 極面進行處理。
將濃度 0.5 wt%的奈米銀線溶液以氮氣為載流氣體噴塗 10 次於平面正規結構 之鈣鈦礦太陽能電池的電洞傳輸層spiro-OMeTAD 上作為對電極，進行介電質放電 處理20, 40 s，並與未處理之元件比較。為降低各元件間之個別差異性，我們在每 一試片處理前皆進行量測，探討其處理前後之電流密度-電壓曲線與元件特性參數，
如圖 C-2 與表 C-2 所示。
圖 C-2 未處理與其介電質放電處理 20, 40 s 之鈣鈦礦太陽能電池的電流密度-電 壓曲線圖
表 C-2 未處理與其介電質放電處理 20, 40 s 之鈣鈦礦太陽能電池元件特性參數 spiro-OMeTAD 有所影響，因此我們嘗試以紫外光臭氧處理 (Ultraviolet ozone, UVO) 進 行後處理。
圖 C-3 未處理與其紫外光臭氧處理 20, 40 s 之鈣鈦礦太陽能電池電流密度-電壓 曲線圖
表 C-3 未處理與其紫外光臭氧處理 20, 40 s 之鈣鈦礦太陽能電池元件特性參數
Condition Voc
(V)
Jsc (mA/cm2)
F.F.
(%)
PCE (%)
Untreated 1.051 15.79 48.4 8.03
UVO 20 s 1.054 15.66 55.0 9.08
Untreated 1.046 14.89 49.0 7.62
UVO 40 s 1.053 14.58 60.8 9.34
由圖 C-3 與表 C-3 可知，經紫外光臭氧處理後之元件表現明顯提升，在紫外 光臭氧處理20 s 後之光電轉換效率提升了約 1 %左右，在處理 40 s 後之光電轉換
效率更是提高約1.7 %，其最大影響因素是來自於填充因子的大幅改善。填充因子 在紫外光臭氧處理20 s 後由原本 48.4 %提升至 55 %，在處理 40 s 後更是由原本 49
%增高至 60.8 %，這與相關高真空下蒸鍍製程之鈣鈦礦太陽能電池元件已逐步逼 近。
另外，紫外光臭氧處理後之開路電壓雖有非常細微的提升，但不明顯，較為可 能是量測下本身即存在的細微差異；反倒是短路電流在處理後有些微的下降，由處 理20 s 時下降約 0.13 mA/cm2到處理40 s 時下降約 0.31 mA/cm2，發現其處理愈久 短路電流有下降愈明顯之趨勢。
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