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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:何明益
研究生(外文):Ho, Ming-Yi
論文名稱:施體受體型窄能隙高分子的製備暨太陽能電池材料開發與熱電材料上之應用
論文名稱(外文):The Preparation of Donor-Acceptor Type Narrow Band Gap Polymers and Their Applications on Thermoelectrics and Photovoltaics
指導教授:林宏洲林宏洲引用關係
指導教授(外文):Lin, Hong-Cheu
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:材料科學與工程系所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:熱電有機太陽能電池高分子摻雜
外文關鍵詞:ThermoelectricPhotovoltaicpolymerdoppingCyclopentadithiophenepyrazine
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共軛導電型高分子經過數十餘年發展,已經在電晶體、有機電激發光顯示(OLED)、太陽能電池(Solar cell)…等方面,受到廣泛的研究與應用。
作為有機熱電材料基本條件為1.具有導電性 2. 穩定在空氣環境中 3.合理的使用時效。為了達到上述條件,我們採用了施體-受體共軛高分子的策略來設計高分子結構。我們使用雙噻吩環戊烷和吡咯作為施體結構、吡嗪做受體結構分別進行聚合。雙噻吩環戊烷結構和吡嗪有強烈的得失電子的作用力外,又有併雜環的特性利於高分子的堆積,以期達到好的載子傳遞。而吡咯與吡嗪間因為可以形成氫鍵,更有利於共平面化。我們也藉由有機合成使吡嗪帶有不同的官能基,來探討其在物性上與化性上對於熱電效率整體的影響。最後我們調控摻雜的時間和適當摻雜物濃度,藉由稱重計算出摻雜程度來找出最佳的性能指標值(ZT)。其P3為本實驗中有最高的性能指標,約8.11×10-5。
我們除了把材料應用在熱電部分,亦把實驗高分子進行太陽能電池的量測。我們採用混摻異質接面型太陽能電池的製作方式來製成元件,而初步量測可以將能量轉換效率可達到2.57×10-2%
中文摘要 ........................................................................................................... I
英文摘要 .......................................................................................................... II
目錄 .................................................................................................................. III
表目錄 .............................................................................................................. VI
圖目錄 ............................................................................................................. VII
附圖目錄 .......................................................................................................... X
壹、緒論 .......................................................................................................... 1
1-1、前言................................………………………..…………………. 1
1-2、共軛高分子簡介.................................................................................... 2
1-2-1、共軛高分子的半導體性質 ....................................................... 2
1-2-2、導電高分子之導電機制............................................ ................5
1-2-3、 能帶理論、偏極子、雙偏極子和孤立子…………………..... 6
1-2-4、導電高分子的摻雜分類: …………………… ……………….10
1-2-5、受體-給體系統(Donor-Acceptor Syste)………………………12
1-2-6 導電高分子當前發展與應用………...…………………….….14
1-3、熱電性質簡介………………………………………………..……….14
1-3-1、熱電材料主要性質之一:Seebeck 效應......................................14
1-3-2、熱電材料主要性質之二:Peltier 效應.........................................16
1-3-3、熱電材料主要性質之三:Thomson 效應..................................18
1-3-4、熱電材料性能指標(Figure of merit):ZT…………………….20
1-3-5、共軛高分子應用在熱電材料....................................................23
1-4 、共軛高分子應用在太陽能電池..........................................................23
1-4-1、前言............................................................................................23
1-4-2、有機太陽能材料的優勢............................................................24
1-4-3、有機高分子發展史....................................................................25
1-5、研究目的..............................................................................................30
貳、共軛高分子的合成與量測...........................................................34
2-1、合成實驗.............................................................................................34
2-1-1、實驗藥品.....................................................................................34
2-1-2、實驗儀器.....................................................................................35
2-2、合成流程...............................................................................................36
2-2-1、施體單體(1).................................................................................36
2-2-2、前驅施體單體(2)........................................................................37
2-2-3、受體單體....................................................................................37
2-2-4、高分子聚合流程圖....................................................................38
2-3、合成步驟...............................................................................................39
2-3-1、施體結構(1)................................................................................39
2-3-2、施體前驅物結構(2).....................................................................43
2-3-3、受體結構...................................................................................45
2-3-4、高分子聚合................................................................................50
2-3-4-1、針對P1、 P2、 P3 聚合步驟........................................51
2-3-4-2、針對IP4、IP5、IP6 聚合步驟......................................51
2-4、有機熱電元件量測步驟......................................................................52
2-4-1、電阻量測....................................................................................52
2-4-2、Seebeck 係數量測........................................................................54
參、結果與討論...................................................................................57
3-1、高分子的基礎性質(GPC、TGA、DSC)............................................57
3-2、高分子吸收光譜及電化學性質(UV-vis-NIR、CV)...........................61
3-3、太陽能電池之性質...............................................................................67
3-4、有機熱電性質......................................................................................71
3-4-1、試片製作的方式........................................................................71
3-4-2、各高分子的熱電性質................................................................75
肆、結論...............................................................................................84
伍、未來展望.......................................................................................86
陸、參考文獻......................................................................................87
柒、附錄...............................................................................................91
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