2026-09-11
【學術亮點】新型 D–A1–A2–π–A 結構自組裝單分子層於抑制寬能隙鈣鈦礦太陽能電池開路電壓損失之研究
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【學術亮點】新型 D–A1–A2–π–A 結構自組裝單分子層於抑制寬能隙鈣鈦礦太陽能電池開路電壓損失之研究
Agentic AI: Driven Intelligent, High-Efficiency Off-Grid Greenhouse Platform
【Department of Chemical Engineering / Chieh-Ting Lin / Associate Professor】
智慧溫室：行動AI驅動之智慧高效離網溫室平台【化工系林玠廷 副教授】
上架日期2026-08-31
Agentic AI: Driven Intelligent, High-Efficiency Off-Grid Greenhouse Platform
【Department of Chemical Engineering / Chieh-Ting Lin / Associate Professor】
智慧溫室：行動AI驅動之智慧高效離網溫室平台【化工系林玠廷 副教授】
| 論文篇名 | 英文：Novel D-A1-A2-π-A self-assembled monolayer in suppressing the Voc deficit of the wide-bandgap perovskite solar cells 中文：新型 D–A1–A2–π–A 結構自組裝單分子層於抑制寬能隙鈣鈦礦太陽能電池開路電壓損失之研究 |
| 期刊名稱 | Chemical Engineering Journal |
| 發表年份, 卷數, 起迄頁數 | 2026, 547, no. 181155 |
| 作者 | Dong-Tai Wu, Yu Hsuan Lin, Yi-Chen Lin, Hsin Li, Yu-Chen Liang, Yu-Tong Hung, Yi-Sheng Lin, Wei-Jia Qiu, Shi-Chun Liu, Yuan Jay Chang, Chieh-Ting Lin (林玠廷)* |
| DOI | 10.1016/j.cej.2026.181155 |
| 中文摘要 | 寬能隙鈣鈦礦太陽能電池（wide-bandgap perovskite solar cells, WBG-PSCs）因其在全鈣鈦礦串聯太陽能電池（all-perovskite tandem solar cells）中的重要角色而受到廣泛關注。然而，由於鈣鈦礦/電洞傳輸層界面存在嚴重的非輻射復合（non-radiative recombination），導致開路電壓（Voc）損失（Voc deficit）增加，限制了元件效率的進一步提升。本研究設計並合成一種新型 D-A₁-A₂-π-A 結構的自組裝單分子層（self-assembled monolayer, SAM）材料，命名為 FPA-TPA，用於調控鈣鈦礦/電洞傳輸層界面。該分子透過多受體結構設計，改善界面能階匹配，同時增強分子與鈣鈦礦表面之間的作用，以降低界面缺陷與非輻射能量損失。研究結果顯示，FPA-TPA SAM 可有效提升鈣鈦礦薄膜品質，降低界面缺陷密度，並透過抑制非輻射復合提升準費米能階分裂（quasi-Fermi level splitting, QFLS）。利用光致發光量子產率（photoluminescence quantum yield, PLQY）與空間解析 QFLS mapping 分析，證實改質後界面具有更高且更均勻的電荷復合阻抗與光電特性。藉由引入 FPA-TPA SAM，寬能隙鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓獲得明顯提升，最佳元件達到 22.8% 功率轉換效率（PCE）與 1.24 V 開路電壓（Voc）。此外，FPA-TPA 修飾後的元件亦展現優異的穩定性，在最大功率點追蹤（MPP tracking）測試下具有更佳的操作穩定性。本研究證明透過合理設計 D-A₁-A₂-π-A 型 SAM 分子結構，可有效降低寬能隙鈣鈦礦太陽能電池中的 Voc 損失，並提供提升高效率串聯太陽能電池性能的重要界面工程策略。 |
| 英文摘要 | We developed two novel self-assembled monolayers (FZ-SAMs) with a donor–co-acceptor–secondary co-acceptor–π-acceptor (D–A1–A2–π–A) architecture for inverted perovskite solar cells (PSCs). These SAMs reduce the open circuit voltage (Voc) deficit in wide-bandgap perovskites and mitigate unfavorable heterogeneous contact between the hole transporting layer (HTL) and the perovskite layer. FZ-SAMs form uniform coverage on NiOx surfaces, and their hydrophobic property promotes growth of enlarged grain size and enhanced crystallinity of wide-bandgap perovskite grains. Photophysical measurements, including photoluminescence and spatial quasi-Fermi level splitting (QFLS), show that FZ-SAMs effectively suppress interfacial nonradiative recombination. In particular, FZ2, bearing branched alkoxy groups, achieved an open-circuit voltage of 1.27 V and a power conversion efficiency of 18.16% in 1.79 eV wide-bandgap PSCs, outperforming conventional carbazole-based SAMs. Overall, this work highlights limitations of carbazole-based SAMs and clarifies molecular design strategies to overcome detrimental recombination losses. |
| 發表成果與AI計畫研究主題相關性 | 本研究聚焦於寬能隙鈣鈦礦太陽能電池之界面工程與開路電壓損失（Voc deficit）改善，透過設計新型 D–A₁–A₂–π–A 架構自組裝單分子層（self-assembled monolayer, SAM），調控鈣鈦礦/電洞傳輸層界面的能階排列與缺陷特性。研究中結合光致發光（PL）、光致發光量子產率（PLQY）、準費米能階分裂（QFLS）及空間解析光電分析等多維度量測，建立 SAM 分子結構、界面缺陷、非輻射復合行為與元件光電性能之間的關聯性。此研究所建立之界面材料設計與光電性能資料，可作為 AI 模型進行材料特徵擷取、界面工程參數分析及元件性能預測的重要基礎。透過 AI 驅動之材料結構–性能關聯分析，可加速新型 SAM 分子篩選、界面最佳化及高效率鈣鈦礦元件開發，降低傳統試誤式材料設計所需時間。 此外，寬能隙鈣鈦礦子電池為全鈣鈦礦疊層太陽能電池之重要組成，本研究所開發之界面調控策略可提升疊層電池中的電壓輸出與能量轉換效率，並提供後續 AI 輔助疊層元件設計之材料基礎。結合 AI 對材料組成、界面特性及元件性能之整合分析，可進一步推動高效率太陽能轉換技術，作為未來AI 驅動自供電水解產氫系統中光電能源供應模組之關鍵技術支撐。 |
