多孔洞TiO2對於鈣鈦礦載子動力學 研究上的影響

Abstract

三滷化鉀胺鈣鈦礦(CH3NH3PbI3)薄膜是個理想的光伏達吸收體且有很高的光吸收係數和很高的光轉換效率。固態式太陽能電池的鈣鈦礦在過去的文獻當中顯示有很長的擴散長度和很長的載子生命週期，此外，鈣鈦礦可摻有不同的滷素來形成不同的結構和提高吸收光的效率，且可以用來不同的成長方式來製作來控制它的結構和狀態，因此它的光伏達特性顯示出它的高效能可應用在很多的光學元件上，也被很多的研究團隊用來製作光伏達材料和染料敏化太陽電池等等。在我們的研究方面，我們用不同的製程方式來成長鈣鈦礦並且來觀察它的各種光學性質和載子躍遷的過程，從掃描式電子顯微鏡(SEM)研究我們可以知道不同製程上鈣鈦礦薄膜的表面結構和顆粒的大小分布情形。在我們超快的激發探測實驗當中，我們可以從鈣鈦礦薄膜所量到的穿透率和反射率知道它的載子躍遷情形，另一方面我們也用不同極化的探測光來探測我們的樣品在垂直樣品基板上和平行於樣品上載子躍遷變化的過程，並且藉由這些分析過程來了解不同的物理機制與鈣鈦礦結構上的排列情況，此外，我們在每一片製程上還添加了多孔洞奈米球狀的TiO2薄膜層，在過去的文獻為了要加強鈣鈦礦的轉換效率以及載子傳輸的性質，會添加電子傳輸層和電洞傳輸層來幫助電子還有電洞傳導，為了要看TiO2薄膜層對載子躍遷和轉移的過程以及對於各種光學物理性質所造成的影響，所以這也是我們添加TiO2薄膜層的原因。最後我們藉由光學系統的量測和物理分析來了解不同製程上的鈣鈦礦和加了TiO2層的激子鬆弛的變化，讓我們可以知道不同製程上的載子的鬆弛時間對應到的crystal structure和加了TiO2層對於鈣鈦礦的激子和P-polarized和S-polarized方向上的影響。

From SEM images of perovskite, we show the morphologies and crystal structures of three fabrication and the enhancement of Solvent Engineering, Two Step and LPCVD with TiO2 layer.The absorption of three fabrication becomes higher and the peak of PL is overlapped at 750 nm when inserting the TiO2 layer.The exciton lifetime of perovskite is influenced by the wavelength dependence and power dependence when inserting the mesoporous TiO2 layer. Even more, the influence of the stability and different crystal arrangement shown from the S-polarized and P-polarized orientation.The carrier lifetime of three fabrication indicates different carrier lifetime, it corresponds to the crystallization of Solvent Engineering and LPCVD are enhanced by the mesoporous TiO2 layer in the orientation of parallel to the substrate.