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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡宗晏
研究生(外文):Tsai, Tsung-Yan
論文名稱:二氧化鈦奈米柱與氧化鎢層組成之混成式光電元件以提升元件特性
論文名稱(外文):Performance Enhancement from Hybrid Optoelectronic Devices Comprising Titanium Dioxide Nanorods and Tungsten Oxide Layers
指導教授:楊勝雄楊勝雄引用關係
指導教授(外文):Yang, Sheng-Hsiung
口試委員:楊勝雄、蘇海清、張志宇
口試委員(外文):Yang, Sheng-Hsiung、Su, Hai-Ching、Chang, Chih-Yu
口試日期:2016-11-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:照明與能源光電研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:二氧化鈦奈米柱、三氧化鎢、反式發光元件、反式太陽能元件、電子傳輸層
外文關鍵詞:titanium dioxide nanorods、tungsten trioxide、inverted light emitting devices、inverted solar devices、electron transporting layers
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本研究之目的在於結合二氧化鈦奈米柱與氧化鎢層以製備反結構光電元件並提升其效率。利用水熱法在氟摻雜之二氧化錫(FTO)基板上製備不同長度之二氧化鈦奈米柱,長度短於200 nm之二氧化鈦奈米柱於可見光波段之穿透率高於80%。製作結構為FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/MEH-PPV/PEDOT:PSS/WO3/Au之反結構發光元件,最佳元件效果為使用長度100 nm之TiO2奈米柱,其最大亮度及電流效率各為4,493 cd/m2及0.66 cd/A,相較於以緻密層及較長之奈米柱作為電子傳輸層而言具有更佳的元件效益。
製作結構為FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/P3HT:PC61BM/ PEDOT:PSS/WO3/Au之反結構混成式高分子太陽能元件,並以P3HT:PC61BM作為主動層。最佳元件為使用長度600 nm之TiO2奈米柱搭配氧化鎢薄膜分別做為電子傳輸層與電洞萃取層;該元件之開路電壓、短路電流密度、填充因子及功率轉換效率分別為0.56 V、6.8 mA/cm2、55%及2.08%。相較於緻密層及奈米粒子製作之元件,以二氧化鈦奈米柱製作元件之短路電流密度及效率值較高。此部分亦利用含吡咯併吡咯二酮團基之聚噻吩衍生物作為主動層以製作太陽能元件,其開路電壓、短路電流密度、填充因子及功率轉換效率分別達到0.56 V、8.53 mA/cm2、52%及2.48%。以上結果說明二氧化鈦奈米柱具有應用於光電元件之潛力。
The goal of this research is to prepare inverted optoelectronic devices with improved performance by combining titanium dioxide (TiO2) nanorods and tungsten trioxide (WO3) layer. TiO2 nanorods with different lengths were established directly on the fluorine-doped tin oxide (FTO) substrates by the hydrothermal method. The prepared TiO2 nanorods with lengths shorter than 200 nm possess transmittance higher than 80% in the visible range. Inverted light-emitting devices with the configuration of FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/MEH-PPV/PEDOT:PSS/WO3/Au were constructed. The best device based on 100 nm-height TiO2 nanorods achieved a max brightness of 4,493 cd/m2 and current efficiency of 0.66 cd/A, revealing much higher performance compared with those using TiO2 compact layer or nanorods with longer lengths as electron transporting layers.
Inverted hybrid polymer solar devices with the configuration of FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/P3HT:PC61BM/PEDOT:PSS/WO3/Au were fabricated, using P3HT:PC61BM as the active layer. The best device performance was obtained by using 600 nm-height TiO2 nanorods and WO3 layer as electron transporting and hole extraction layer, respectively; the open-circuit voltage (VOC), short-circuit current density (JSC), fill factor (FF), and power conversion efficiency (PCE) were 0.56 V, 6.8 mA/cm2, 55%, and 2.08%, respectively. Comparing with devices using TiO2 compact layer and nanoparticles, the devices based on TiO2 nanorods showed higher JSC and PCE values. In this part, the polythiophene derivative containing 1,4-diketopyrrolopyrrole were also used as the active layer for the fabrication of solar devices, and the the corresponding VOC, JSC, FF, and PCE reached 0.56 V, 8.53 mA/cm2, 52%, and 2.48%, respectively. All above results demonstrate the potential of TiO2 nanorods for the application in optoelectronic devices.
摘要 i
Abstract iii
致謝 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2二氧化鈦(Titanium Dioxide, TiO2)簡介 2
1-3 氧化鎢(WO3)簡介 5
1-4 有機發光元件簡介 7
1-4-1 基本原理 7
1-4-2 發光材料 8
1-4-3 反結構有機發光元件(Inverted Organic Light Emitting Device) 9
1-5 太陽能元件簡介 13
1-5-1 有機太陽能元件原理 15
1-5-1-1 工作原理 15
1-5-1-2元件設計 16
1-5-1-3 特性分析 18
1-5-1-3-1 開路電壓(VOC) 18
1-5-1-3-2 短路電流密度(JSC) 18
1-5-1-3-3 填充因子(FF) 19
1-5-1-3-4 功率轉換效率(PCE) 20
1-5-2 有機太陽能元件材料 20
1-5-3 混成式有機太陽能元件 21
1-6 研究動機 24
第二章 實驗方法與步驟 26
2-1 試藥 26
2-2 鑑定儀器 26
2-3 TiO2樣品製備 28
2-3-1 TiO2緻密層 28
2-3-2 TiO2奈米柱 29
2-4 元件製作 30
2-4-1 FTO基板清洗步驟 30
2-4-2 混成式PLED元件製作流程 30
2-4-3 混成式高分子太陽能電池(Polymer Solar Cell, PSC)製作流程 32
第三章 實驗結果與討論 34
3-1 SEM分析 34
3-1-1 TiO2奈米柱 34
3-1-2 TiO2緻密層及奈米粒子 36
3-1-3 能量分散式X射線光譜(Energy-dispersive X-ray Spectroscopy, EDX) 37
3-2 光學性質分析 38
3-3 AFM分析 40
3-4 XRD分析 41
3-5利用TiO2建構混成式發光元件 42
3-6利用TiO2奈米結構建構有機太陽能元件 48
第四章 結論 53
參考文獻 54
[1] Faraday, M. Phil. Trans. Roy. Soc. 1857, 147, 145.
[2] Liu, M.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395.
[3] Han, Y.; Fan, C.; Wu, G.; Chen, H. Z.; Wang, M. J. Phys. Chem. C 2011,
115, 13438.
[4] Yu, J.; Qi, L.; Jaroniec, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 13118.
[5] Pfanzelt, M.; Kubiak, P.; Fleischhammer, M.; Wohlfahrt-Mehrens, M. J.
Power Sources 2011, 196, 6815.
[6] Landmann, M.; Rauls, E.; Schmidt, W. G. J. Phys. Condens. Matter 2012, 24, 195503.
[7] Park, J. Y.; Lee, C.; Jung, K. W.; Jung, D. Bull. Korean Chem. Soc.2009,
30, 2.
[8] Kim, K. J.; Benkstein, K. D.; Lagemaat, J. v. d.; Frank, A. J. Chem.Mater.
2002, 14, 1042.
[9] Diebold, U. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53.
[10] Hirashima, H.; Kusaka, T. SPIE Proc. Sol-Gel Optics II. 1992, 1758, 67.
[11] Xin, X.; Scheiner, M.; Ye, M.; Lin, Z. Langmuir 2011, 27, 14594.
[12] Jitputti, J.; Suzuki, Y.; Yoshikawa, S. Catal. Commun. 2008, 9, 1265.
[13] Feng, X.; Shankar, K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Latempa, T. J., Grimes, C. A. Nano Lett. 2008, 8, 11.
[14] Roy, P.; Berger, S.; Schmuki, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2904.
[15] Han, X.; Kuang, Q.; Jin, M. Xie, Z.; Zheng, Lansun. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3152.
[16] Dharani, S.; Mulmudi, H. K.; Yantara, N.; Trang, P. T. T.; Park, N. G.; Graetzel, M.; Mhaisalkar, S.; Mathews, N.; Boix, P. P. Nanoscale 2014, 6, 1675.
[17] Zhao, B.; Chen, F.; Huang, Q.; Zhang, J. Chem. Commun. 2009, 5115.
[18] Kasuga, T.; Hiramatsu, M.; Hoson, A.; Sekino, T.; Niihara, K. Langmuir 1998, 14, 3160.
[19] Liu, B.; Aydil, E. S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3985.
[20] Guo, K.; Liu, Z.; Zhou, C.; Han, J.; Zhao, Y.; Liu, Z.; Li, Y.; Cui, T.; Wang, B.; Zhang, J. Appl. Catal. B Environ. 2014, 154-155, 27.
[21] Wei, Z.; Yao, Y.; Huang, T.; Yu, A. Int. J. Electrochem. Sci. 2011, 6, 1871.
[22] Kim, H. S.; Lee, J. W.; Yantara, N.; Boix, P. P.; Kulkarni, S. A.; Mhaisalkar, S.; Grätzel, M.; Park, N. G. Nano Lett. 2013, 13, 2412.
[23] Hendry, E.; Koeberg, M.; O’Regan, B.; Bonn, M. Nano Lett. 2006, 6, 4.
[24] 王畯閎,“氧化銦錫添加三氧化鎢薄膜之研究”,國立中央大學化學
工程與材料工程研究所碩士論文,九十六年三月。
[25] Tan, Z.; Li, L, Cui, C.; Ding, Y.; Xu, Q.; Li, S.; Qian, D.; Li, Y. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 18626.
[26] Choi, H.; Kim, B.; Ko, M, J.; Lee, D, K.; Kim, H.; Kim, S, H.; Kim, K. Org. Electron. 2012, 13, 959.
[27] Höfle, S.; Bruns, M.; Strässle, S.; Feldmann, C.; Lemmer, U.; Colsmann, A. Adv. Mater. 2013, 25, 4113.
[28] Lampande, R.; Kim, G. W.; Boizot, J.; Kim, Y. J.; Pode, R.; Kwon, J. H. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 6895.
[29] Tang, C.W.; VanSlyke, S. A. Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913.
[30] Neef, C, J.; Ferraris, J, P. Macromolecules 2000, 33, 2311.
[31] Liu, J.; Guo, T. F.; Yang, Y. J. Appl. Phys. 2002, 91, 1595.
[32] Sessolo, M.; Bolink, H. J. Adv. Mater. 2011, 23, 1829.
[33] Park, J. S.; Lee, B. R.; Lee, J. M.; Kim, J. S.; Kim, S. O.; Song, M. H. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 243306.
[34] Wu, C. I.; Lin, C. T.; Chen, Y. H.; Chen, M. H.; Lu, Y. J.; Wu, C. C. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 152104.
[35] Morii, K.; Ishida, M.; Takashima, T.; Shimoda, T.; Wang, Q.;
Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 183510.
[36] Hsieh, S. N.; Chen, S. P.; Li, C. Y.; Wen, T. C.; Guo, T. F.; Hsu, Y. J. Org. Electron. 2009, 10, 1626.
[37] Lee, B. R.; Lee, W.; Nguyen. T. L.; Park, J. S.; Kim, J. S.; Kim, J. Y.; Woo, H. Y.; Song, M. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5690.
[38] Tamai, Y.; Matsuura, Y.; Ohkita, H.; Benten, H.; Ito, S. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 399.
[39] Coakley, K. M.; McGehee, M. D. Chem. Mater. 2004, 16, 4533.
[40] Jain, V.; Rajbongshi, B. K.; Mallajosyula, A. T.; Bhattacharjya, G.; Iyer, S. K.; Ramanathan, G. Sol. Energ. Mater. Sol. Cells 2008, 92, 1043.
[41] Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183.
[42] Scharber, M. C.; Mühlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789.
[43] Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864.
[44] Jhuo, H. J.; Yeh, P. N.; Liao, S. H.; Li, Y. L.; Cheng, Y. S.; Chen, S. A. J. Chin. Chem. Soc. 2014, 61, 115.
[45] Sun, Y.; Takacs, C. J.; Cowan, S. R. Seo, J. H.; Gong, X.; Roy, A.; Heeger, A. J. Adv. Mater. 2011, 23, 2226.
[46] Thambidurai, M.; Kim, J. Y.; Song, H. J.; Ko, Y.; Muthukumarasamy, N.; Velauthapillai, D.; Bergmann, V. W.; Weber, S. A. L.; Lee, C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 11426.
[47] Sun, C.; Li, X.; Wang, G.; Li, P.; Zhang, W.; Jiu, T.; Jiang, N.; Fang, J. RSC Adv. 2014, 4, 19529
[48] Huang, J. S.; Chou, C. Y.; Lin, C. F. Sol. Energ. Mater. Sol. Cells 2010, 94, 182.
[49] Trost, S.; Zilberberg, K.; Behrendt, A.; Riedl, T. J. Mater. Chem. 2012, 22, 16224.
[50] Kröger, M.; Hamwi, S.; Meyer, J.; Riedl, T.; Kowalsky, W.; Kahn, A. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 123301.
[51] Irwin, M. D.; Buchholz, D. B.; Hains, A. W.; Chang, R. P.; Marks, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, 105, 2783.
[52] Wang, F.; Xu, Q.; Tan, Z.; Li, L.; Li, S.; Hou, X.; Sun, G.; Tu, X.; Hou, J.; Li, Y. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1318.
[53] Tan, Z.; Li, L.; Wang, F.; Xu, Q.; Li, S.; Sun, G.; Tu, X.; Hou, X.; Hou, J.; Li, Y. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300884.
[54] Tu, X.; Wang, F.; Li, C.; Tan, Z.; Li, Y. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 9309.
[55] Tan, Z.; Zhang, W.; Cui, C.; Ding, Y.; Qian, D.; Xu, Q.; Li, L.; Li, S.; Li, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 14589.
[56] Yang, T.; Wang, M.; Duan, C.; Hu, X.; Huang, L.; Peng, J.; Gong, X. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8208.
[57] Bolink, H. J.; Brine, H.; Coronado, E.; Sessolo, M. ACS App. Mater. Interface 2010, 2, 2694.
[58] Oh, S. H.; Na, S. I.; Jo, J.; Lim, B.; Vak, D.; Kim, D. Y. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1977.
[59] 陳韋齊,“氧化鋅奈米柱與氧化鎢層組成之混成式光電元件以提升元件特性”,國立交通大學照明與能源光電研究所碩士論文,一百零三年七月。
[60] Xi, J.; Wiranwetchayan, O.; Zhang, Q.; Liang, Z.; Sun, Y.; Cao, G. J Mater. Sci. Mater. Electron. 2012, 23, 165.
[61] Hosono, E.; Fujihara, S.; Kakiuchi, K.; Imai, H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7790.
[62] Tamilselvan, V.; Yuvaraj, D.; Kumar, R. R.; Rao, K. N. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 4283.
[63] Liu, J.; Wu, X.; Shi, X.; Wang, J.; Min, Z.; Wang, Y.; Yang, M.; He, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 6438.
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