2024研究成果

以自組裝單層功能化TP-MN在NiOx上作為兩步法錫基鈣鈦礦太陽能電池之電洞傳輸層

本研究團隊和國立中央大學陳銘洲教授團隊合作，將一系列具Thienopyrazine (TP)官能基之有機分子官能化在NiOx電洞傳輸層上(HTLs, hole-transporting layers)應用於無鉛鈣鈦礦太陽能電池，使其在沒有封裝的條件下，展現該元件的高光電轉換效率及高長期穩定性。三支染料分別為TP-MN、 TP-CA以及TPT-MN，其中以TP-MN SAM做成的元件效率可達7.7%，並且該元件可達4000h的長效穩定度，除了TP-MN的單晶結構被解出來外，數據分析方面包括了熱學/光學/電化學特性、密度泛函理論計算、形態和結晶度特性、光伏屬性與特徵來探討其特性，據我們所知，這是將SAM做在NiOx上第一個發表出來的結果，對未來SAM的分子設計與應用有相當大的貢獻。

C.-H. Kuan, S.N. Afraj, Y.-L. Huang, A.Velusamy, C.-L. Liu, T.-Y. Su, X. Jiang, J.-M. Lin, M.-C. Chen* and Eric W.-G. Diau *, “Functionalized Thienopyrazines on NiOx Film as Self-Assembled Monolayer for Efficient Tin-Perovskite Solar Cells Using a Two-Step Method”, Angew. Chem. Int. Ed., 63 , e202407228 (2024).

以四陽離子做成寬能隙之混參鹵素陰離子錫太陽能電池

錫鈣鈦礦太陽能電池是取代有毒性的鉛鈣鈦礦太陽能電池的最佳選擇，在疊層鉛太陽能電池開發愈趨成熟之際，開發無鉛的疊層鈣鈦礦太陽能電池則是責無旁貸的一個最佳選擇。由於窄能隙(1.4 eV)的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的開發漸趨成熟，開發寬能隙(2.0 eV)的錫鈣鈦礦太陽能電池則是目前的當務之急。為了開發全無鉛的鈣鈦礦太陽能電池，本研究使用了四種陽離子55% FA ⁺ 、25%、MA ⁺ 、10% Cs ⁺ 以及10% PMA ⁺ ，合成出溴二碘一具1.93eV能隙的錫鈣鈦礦FA _0.55 MA _0.25 Cs _0.1 PMA _0.1 SnBr ₂ I太陽能電池。我們發現，MA與Cs可以有效避免混鹵素溴碘的相分離，但是只參雜MA與Cs無法有效增進元件效能；加入PMA陽離子後形成準二維結晶層可以大幅改善錫鈣鈦礦的元件效能達6.2%。

C.-H. Kuan, Y.-C. Chen, S. Narra, C.-F. Chang, Y.-W. Tsai, J.-M. Lin, G.-R. Chen, and Eric W.-G. Diau *, “Quadruple-Cation Wide-Bandgap Mixed-Halide Tin Perovskite Solar Cells”, ACS Energy Lett., 9 , 2351−2357 (2024).