介面奈米結構對有機太陽能電池電荷萃取影響之研究

Translated title of the thesis: The study of charge extraction for organic solar cells with interfacial nanostructure
  • 黃 意婷

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本論文研究塊材異質接面(bulk-heterojunction)有機高分子太陽能電池的光電轉換特性,主動層材料選用聚3-已基?吩[Poly(3-hexylthiophene-2 5-diyl),P3HT]為電子施體與[6 6]-苯基-C61-丁酸甲酯 [(6 6)-phenyl C61-butyric acid methyl ester,PCBM]為電子受體,聚二氧乙基塞吩:聚(磺酸苯烯)[poly(3 4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)為電荷萃取層。利用奈米壓印技術,製作具奈米結構之P3HT:PCBM主動層,分析其結構特性,並於其上製作不同的電子萃取層,探討奈米結構是否能增益有機太陽能電池的光電轉換效率。 第一部分,利用奈米壓印技術製作具奈米溝槽之P3HT:PCBM主動層,研究奈米結構對有機太陽能電池電特性的影響。使用吸收光譜、X-ray繞射、與Raman光譜研究主動層之吸收與微結構特性,利用導電式原子力顯微鏡(C-AFM)搭配照射綠光雷射研究壓印形貌與萃取電流的相關性。具奈米壓印結構主動層所製備之元件之短路電流(JSC)可達7 06 mA/cm2,光電轉換效率(η)可高於2 30%,優於使用平面結構主動層之元件(JSC約為5 2 mA/cm2;η~1 99%),使用600與800奈米周期寬度結構製作之主動層,都可使元件性能有些微提升。吸收光譜分析指出具奈米壓印結構的主動層的吸收與平面結構的主動層幾乎一致,但C-AFM的結果則指出具奈米壓印結構的主動層有較高的電流輸出,與元件電性結果相符。進一步使用C-AFM分析奈米結構主動層於不同位置的電荷萃取特性,發現具壓印結構之主動層的溝槽處,相較於平面結構的主動層,於施加正偏壓時,具有較佳的電荷萃取效果,因此,總平均電流值皆上升;而壓印結構的隆起處,不論是電子流還是電洞流分佈都較溝槽處低。此外,照射綠光雷射於有壓壓印結構與平面結構的主動層,均造成C-AFM量測的電子流下降,但電洞流則無明顯變化。 第二部分,本研究發現在具奈米壓印結構之P3HT:PCBM主動層上,塗佈一高分子linear polyethylenimine(LPEI)作為電子萃取層,可增益元件的短路電流,使元件效能高於平面結構主動層的元件。C-AFM量測也指出具奈米壓印結構的主動層有較高的平均總電流,而外部量子效率的量測則發現奈米壓印結構雖然會降低可見光區的光電流轉換效率,但卻可有效增加紅光到紅外光區的光電流轉換效率。
Date of Award2016 Sep 8
Original languageChinese
SupervisorHorng-Long Cheng (Supervisor)

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