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鉑奈米粒子修飾氧化鋅奈米柱結構用於改善pH感測特性

為了解決染料敏化太陽能電池ppt的問題，作者戴宏儒 這樣論述：

氧化鋅是一種擁有廣泛用途和低成本的 II-VI族材料，奈米結構擁有耐高溫、型態可控性，低功函數且易於製備。研究主要方向分為兩部分，首先第一部分使用氧化鋅靶材在RF磁控濺射系統在康寧玻璃基板上沉積約100 nm之晶種層，之後將沉積完成的氧化鋅晶種薄膜基板以水熱法製作，使用硝酸鋅 (Zinc nitrate, Zn(NO₃)₂)、六亞甲基四胺 (HMT)混合，在90℃的環境中生長6小時，第二部分在將鉑奈米粒子吸附於生長完成的試片表面後再進行400℃退火，完成氧化鋅奈米柱感測器，後續進行各種特性分析及電化學測量測定，利用鉑奈米粒子吸附氧化鋅感測器表面來提升量測電流特性。延伸式閘極場效電晶體(EGF

ET)的感測端使用的是製備完成氧化鋅奈米柱感測器，探討不同酸鹼值的電壓電流變化。研究發現鉑奈米顆粒修飾氧化鋅奈米電流靈敏度由15.50 µA/pH，提升至47.82 µA/pH，電壓靈敏度由28.95 mV/pH提升至49.83mV/pH，主要推測是表面吸附鉑奈米粒子會使材料導電率提升，奈米柱表面密度及表面活性位點也會增加，使能階不受費米釘扎效應影響，以提升氧化鋅奈米柱反應靈敏度。

水性硝酸鉛製備鈣鈦礦太陽能電池之奈米薄膜結構分析

為了解決染料敏化太陽能電池ppt的問題，作者李政勳 這樣論述：

指導教授推薦書..............................................................................................................口試委員會審定書..........................................................................................................致謝..................................................................

............................................................ iii摘要...............................................................................................................................iv英文摘要.....................................................................................................

...................v目錄...............................................................................................................................vi圖目錄...........................................................................................................................ix表目錄..................

.........................................................................................................xi第一章 緒論.............................................................................................................- 1 -1.1 前言...................................................................

..................................- 1 -1.2 太陽能電池種類.................................................................................- 2 -1.2.1 太陽能電池種類簡介......................................................................- 2 -1.2.2 單晶矽太陽能電池............................................................

..............- 3 -1.2.3 多晶矽太陽能電池..........................................................................- 4 -1.2.4 非晶矽太陽能電池..........................................................................- 5 -1.2.5 碲化鎘薄膜太陽能電池.................................................................- 6 -1.2.6 銅銦鎵

二硒太陽能電池..................................................................- 7 -1.2.7 砷化鎵太陽能電池..........................................................................- 8 -1.2.8 染料敏化太陽能電池.....................................................................- 9 -1.2.9 鈣鈦礦太陽能電池..........................

..............................................- 10 -1.3 研究動機..........................................................................................- 13 -1.4 鈣鈦礦太陽能電池的面臨的挑戰...................................................- 14 -1.4.1 元件面積...........................................................

............................- 14 -1.4.2 元件穩定性與生命週期................................................................- 15 -1.4.3 元件中的有毒物質.......................................................................- 16 -第二章 原理與文獻回顧..............................................................................

.........- 17 -2.1 染料敏化太陽能電池結構與原理..................................................- 17 -2.2 鈣鈦礦太陽能電池結構與原理......................................................- 18 -2.2.1 透明導電基板（Transparent conducting oxide ,TCO）.............- 20 -2.2.2 表面處理（UV-Ozone） ...............................................

..............- 21 -2.3 二氧化鈦緻密層（Compact layer） ..............................................- 24 -2.4 介孔層（Mesoporous layer）.........................................................- 24 -2.5 鈣鈦礦材料主動層（Active layer）..............................................- 27 -2.5.1 水性鈣鈦礦層.......................

........................................................- 37 -2.6 電洞傳輸層（Hole transport layer）..............................................- 43 -2.7 對電極（Electrode） ......................................................................- 47 -2.8 太陽能電池轉換效率評估.............................................

.................- 49 -2.8.1 短路電流密度（Short Circuit Current Density, Jsc）..................- 51 -2.8.2 開路電壓（Open-Circuit Voltage, Voc）.....................................- 51 -2.8.3 填充因子（Fill Factor, FF%） ....................................................- 51 -2.8.4 能量轉換效率（Power Conversion Efficien

cy, PCE） ..............- 52 -2.8.5 入射光-電子傳換效率（Incident Monochromatic Photon-to-electronConversion Efficiency, IPCE）..............................................................- 54 -第三章 實驗方法...................................................................................................- 55 -3.1

實驗藥品及實驗儀器......................................................................- 55 -3.2 藥品配置..........................................................................................- 58 -3.2.1 TiO2 緻密層（Compact layer）...................................................- 58 -3.2.2 TiO2（P90）溶液配置......

............................................................- 58 -3.2.3 TiO2 介孔層（Mesoporous layer）...............................................- 58 -3.2.4 硝酸鉛水溶劑（Pb(NO3)2/H2O）製備........................................- 59 -3.2.5 碘化鉛溶液（PbI2/DMForDMSO）製備...................................- 59 -3.2.6

甲基碘化銨（MAI：MABr/IPA）製備 .....................................- 59 -3.2.7 電洞傳輸層 Spiro-OMeTAD 製備 ..............................................- 60 -3.3 鈣鈦礦太陽能電池製備..................................................................- 60 -3.3.1 FTO 玻璃清潔......................................................

.........................- 60 -3.3.2 FTO 玻璃改變表面特性...............................................................- 61 -3.3.3 電子傳輸層（Electronic transport layer）..................................- 62 -3.3.3.1 TiO2 緻密層與介孔層................................................................- 62 -3.3.3.2 C60 .

..............................................................................................- 64 -3.3.4 鈣鈦礦層（Perovskite layer）.....................................................- 64 -3.3.4.1 一步驟（One step）..................................................................- 64 -3.3.4.2 二步驟（Two step

）.................................................................- 65 -3.3.5 電洞傳輸層（Hole transport layer）...........................................- 66 -3.3.6 電極（Electrode） .......................................................................- 67 -第四章 結果與討論........................................

.......................................................- 69 -4.1 硝酸鉛..............................................................................................- 69 -4.1.1 親水性............................................................................................- 69 -4.1.2 硝酸鉛濃度..............

......................................................................- 70 -4.1.3 硝酸鉛旋塗次數...........................................................................- 71 -4.1.4 硝酸鉛溶液溫度............................................................................- 73 -4.2 AFM ...........................

.......................................................................- 74 -4.3 SEM ..................................................................................................- 77 -4.4 EDS 元素分析..................................................................................- 83 -4.4.1 FTO 玻

璃和 TiO2 緻密層..............................................................- 83 -4.4.2 鈣鈦礦層.......................................................................................- 85 -4.5 XRD ..................................................................................................- 88 -4.5.1

不同時間和溫度的鈣鈦礦...........................................................- 88 -4.5.2 薄膜結構.......................................................................................- 90 -4.6 光電轉換效率..................................................................................- 92 -4.6.1 MAI/MABr ........

............................................................................- 92 -4.6.2 鈣鈦礦退火時間...........................................................................- 97 -4.6.3 一步驟與二步驟...........................................................................- 99 -第五章 結論........................

.................................................................................- 100 -5.1 結論................................................................................................- 100 -5.2 未來展望........................................................................................- 102 -

參考文獻.......................................................................................................- 103 -圖目錄圖 1-1 太陽能電池種類 ......................................................................... - 2 -圖 1-2 CH3 NH3 PbX3鈣鈦礦（X = I，Br 或/和 Cl）的晶體結構.....- 11 -圖 1-3 三維結構 ABX3 原子排列示意圖.............

............................... - 12 -圖 1-4 各種系統能量轉換效率紀錄圖 ............................................... - 13 -圖 2-1 染敏太陽能電池結構與原理 ................................................... - 17 -圖 2-2 鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖 ............................................... - 18 -圖 2-3 鈣鈦礦太陽能電池運作原理示意圖 ...............

........................ - 19 -圖 2-4 臭氧結合示意圖及其反應式 ................................................... - 21 -圖 2-5 活性氧產生示意圖 ................................................................... - 22 -圖 2-6 表面清洗式意圖 ....................................................................... - 22 -圖 2-7 表面改質示

意圖 ....................................................................... - 23 -圖 2-8 不同介孔層二氧化鈦厚度對於鈣鈦礦太陽能電池 ............... - 25 -圖 2-9 金屬氧化物 TiO2 和 SnO2 電子選擇層於高、低溫總結........ - 26 -圖 2-10 鈣鈦礦三維結構示意圖 ......................................................... - 28 -圖 2-11 DSSCs 演化為鈣鈦礦太陽能電池............

.............................. - 29 -圖 2-12 各種類型太陽能電池在不同波長下之 EQE......................... - 30 -圖 2-13 製備鈣鈦礦薄膜的方式 ......................................................... - 31 -圖 2-14 使用 DMSO 溶劑降低 PbI2 結晶速度示意圖....................... - 33 -圖 2-15 PbI2 於 DMF 與 DMSO 溶劑中製備之鈣鈦礦結晶尺寸 ...... - 34 -圖 2-16 鈣

鈦礦 XRD 光譜................................................................... - 36 -圖 2-17 不同的鉛前驅物製備鈣鈦礦結構薄膜之 XRD 頻譜........... - 37 -圖 2-18 Pb(NO3)2 及鈣鈦礦表面 SEM 圖............................................ - 38 -圖 2-19 使用 SSIER 法製備鈣鈦礦 .................................................... - 39 -圖 2-20

Pb(NO3)2 浸泡 MAI/IPA 轉化為 CH3NH3PbI3 離子示意圖 . - 40 -圖 2-21 多循環浸漬法示意圖 ............................................................. - 40 -圖 2-22 使用多循環浸漬法製備鈣鈦礦之 SEM 圖........................... - 41 -圖 2-23 （MAI-100s/500s）（MAX-100s/500s）及（PbI2/DMF）（Pb(NO3)2/H2O）XRD 圖......................................

...................... - 42 -圖 2-24 Spiro-OMeTAD 化學結構圖................................................... - 44 -圖 2-25 化學結構圖 ............................................................................. - 45 -圖 2-26 Spiro-OMeTAD 分析............................................................... - 46

-圖 2-27 添加 Cr 夾層元件穩定性圖與示意圖 ................................... - 48 -圖 2-28 使用 MWCNTs 鈣鈦礦太陽能電池結構圖........................... - 49 -圖 2-29 太陽能電池 I-V 曲線圖.......................................................... - 50 -圖 2-30 不同太陽光譜示意圖 ............................................................. - 53

-圖 3-1 玻璃清洗流程圖 ....................................................................... - 61 -圖 3-2 TiO2 Compact layer 製備流程圖 ............................................... - 62 -圖 3-3 TiO2 Mesoporous layer 製備流程圖.......................................... - 63 -圖 3-4 One step 鈣鈦礦層製備流程圖................

................................. - 65 -圖 3-5 Two step 鈣鈦礦製備流程圖..................................................... - 66 -圖 3-6 電洞傳輸層製備流程圖 ........................................................... - 67 -圖 3-7 鈣鈦礦太陽能電池元件示意圖 ............................................... - 68 -圖 4-1 硝酸鉛水溶液製備之鈣鈦礦太陽

能電池 ............................... - 69 -圖 4-2 不同硝酸鉛水溶液濃度之吸收光譜 ....................................... - 71 -圖 4-3 多次旋轉塗佈硝酸鉛層之鈣鈦礦太陽能電池 ....................... - 72 -圖 4-4 不同層元件 SEM 俯視圖......................................................... - 73 -圖 4-5 各層之 AFM 圖....................................

..................................... - 75 -圖 4-6 鈣鈦礦加熱 100℃ 5/10min AFM 圖 ....................................... - 77 -圖 4-7 SEM 橫截面圖........................................................................... - 78 -圖 4-8 SEM 橫截面圖不同轉速硝酸鉛沉積厚度............................... - 79 -圖 4-9 SEM 橫截面圖不同轉速及溫

度之鈣鈦礦層........................... - 80 -圖 4-10 SEM 橫截面圖不同溫度及時間之鈣鈦礦層......................... - 82 -圖 4-11 FTO 之 EDS 圖圈取範圍元素比例 ........................................ - 84 -圖 4-12 FTO 及 Compact layer EDS 元素比例.................................... - 84 -圖 4-13 硝酸鉛及介孔層 EDS 元素比例..........................

.................. - 85 -圖 4-14 未加熱前之鈣鈦礦太陽能電池 EDS 圖................................ - 86 -圖 4-15 加熱後之鈣鈦礦太陽能電池 EDS 圖.................................... - 87 -圖 4-16 鈣鈦礦加熱 70°C 不同時間之 XRD 圖................................. - 89 -圖 4-17 鈣鈦礦加熱 100°C 不同時間之 XRD 圖............................... - 89 -圖 4-1

8 鈣鈦礦加熱 70/100°C10 分鐘之 XRD 圖 ............................. - 90 -圖 4-19 元件不同階段之 XRD 圖....................................................... - 91 -圖 4-20 同 MAI/MABr 比例之鈣鈦礦示意圖.................................... - 92 -圖 4-21 不同 MAI/MABr 比例之鈣鈦礦太陽能電池 I-V 圖 ............ - 93 -圖 4-22 不同 MAI/MABr 比例之鈣鈦礦俯視

集截面 SEM 圖.......... - 95 -圖 4-23 不同 MAI/MABr 比例之吸收光譜........................................ - 96 -圖 4-24 加熱 100°C 不同時間製備鈣鈦礦層元件效率..................... - 97 -圖 4-25 加熱 100°C 20 分鐘之鈣鈦礦 SEM 圖.................................. - 98 -圖 4-26 One/Two step 使用溫度 100°C 不同時間製備鈣鈦礦層元件效率..........................

............................................................................... - 99 -表目錄表 1-1 大面積鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率............................... - 14 -表 2-1 光電參數 ................................................................................... - 43 -表 3-1 藥品清單 ......................................

............................................. - 55 -表 3-2 實驗儀器 ................................................................................... - 57 -表 4-1 不同硝酸鉛濃度鈣鈦礦太陽能電池之光電參數 ................... - 71 -表 4-2 FTO 玻璃 TiO2 層及 Pb(NO3)2AFM 參數 ................................ - 76 -表 4-3 鈣鈦礦加熱 100℃ 5/

10min AFM 參數 ................................... - 77 -表 4-4 不同 MAI/MABr 比例之鈣鈦礦太陽能電池光電參數.......... - 93 -表 4-5 加熱 100°C 不同時間之鈣鈦礦太陽能電池光電參數........... - 98 -