臺灣博碩士論文加值系統

　　本篇論文介紹Quinoxaline衍生物的製程，並將Quinoxaline衍生物應用於有機太陽能電池，同時，利用TGA、DSC探討這些衍生物的熱性質，利用UV、PL探討這些衍生物的光學性質。
　　針對有機太陽能電池元件的部分，首先結構為ITO / CuPc(25nm) / C60(30nm) / BCP(5~30nm) /Ag(100nm)。其中CuPc和C60分別為給體與受體材料，BCP作為激子阻隔層，改變BCP厚度由5~30nm，從元件的效率得知效率最高的厚度是15nm ，所以選用這個厚度作為Standard的結構。
　　決定Standard的結構之後再把我們所合成的Quinoxaline衍生物加入再激子阻隔層(BCP)和電極(Ag)之間作為電子傳輸層。
　　最後將元件進一步以光電轉換效率量測、外部量子效率(EQE)量測、紫外光吸收光譜亮度(UV-VIS )量測、表面粗糙度量測來比較有加入Quinoxaline衍生物各個元件之間與Standard的差異。

The thesis describes the process of Quinoxaline derivatives and these were applied to organic solar cells. The thermal properties of Quinoxaline derivatives were examined by TGA and DSC. The optical properties of these derivatives were investigated by UV and PL in this study.

With regard to the organic solar cells, first and foremost, the structure was designed as ITO / CuPc (25nm)/C60(30nm)/BCP (5to 30nm)/Ag (100nm). Secondly, CuPc and C60 are the donor and acceptor materials respectively. The BCP is used as exciton blocking layer, changing the BCP thickness from 5 to 30nm. We may know that the highest efficiency of thickness would be 15nm based on the efficiency of components. Therefore, the suitable 15nm-thickness was selected as the structure of the Standard.

After determining the structure of the Standard, put the Quinoxaline derivatives into the device that between exciton blocking layer (BCP) and Electrodes (Ag) as an electron transport layer.

Finally, the components are further measured by photoelectric conversion efficiency, the external quantum efficiency (EQE), Ultraviolet-Visible spectrophotometer (UV-VIS), and the roughness of the surface measurement. The purpose of this study is to compare the differences between added Quinoxaline derivatives with its various components and the Standard.

目 錄
中文摘要 ……………………………………………………………I
英文摘要 ……………………………………………………………II
誌謝 …………………………………………………………………III
目錄 ……………………………………………………………IV
圖目錄 ……………………………………………………………VI
表目錄 ……………………………………………………………IX
第一章 緒論…………………………………………………1
1.1 前言 ………………………………………………2
1.2 太陽能電池簡介……………………………………3
1.3 研究動機……………………………………………4
第二章 文獻回顧……………………………………………5
2.1 太陽能電池之介紹 ……………………………………6
2.1.1 結晶矽太陽能電池……………………………………7
2.1.2 化合物半導體…………………………………………9
2.1.3 有機半導體電池 ………………………………………10
2.1.4 染料敏化太陽能電池 …………………………………14
2.2太陽電池工作原理……………………………………………15
2.3太陽能電池輸出特性…………………………………………19
2.4.1 CuPc（Copper Phthalocyanine）的材料特性………23
2.4.2 C60的材料特性………………………………………24
2.4.3 BCP (Exciton Blocking Layer) 的材料特性……26
2.4.4 電子傳輸層………………………………………………………27
2.5 蒸鍍原理……………………………………………………………28
第三章 實驗方法與步驟………………………………………………30
3.1實驗藥品……………………………………………31
3.2 實驗設備..………………………………………33
3.3 合成步驟..………………………………………36
3.4 實驗流程..………………………………………43
3.4.1 ITO玻璃基板製備……………………………45
3.4.2 有機薄膜的蒸鍍 ………………………………47
3.4.3 電極的蒸鍍……………………………………49
第四章 結果與討論 ……………………………………………………50
4.1 熱性質分析 ……………………………………51
4.2 光學性質分析……………………………………56
4.3 元件性質分析……………………………………64
第五章 結論 ……………………………………………………81
參考文獻………………………………………………………………83
附錄……………………………………………………………………89
圖目錄
圖2.1 結晶型太陽能電池發電原理……………………………………8
圖2.2 PV、MC以及HD 之 化學結構示意圖…………………………13
圖2.3 光電轉換步驟及其入射光子損失機制 ………………………17
圖2.4 典型的元件結構 ………………………………………………18
圖 2.5 太陽能電池的伏安特性曲線…………………………………22
圖2.6 CuPc 結構圖……………………………………………………23
圖2.7 C60 分子結構圖…………………………………………………25
圖2.8 BCP 分子結構圖 ………………………………………………26
圖2.9 幾種常見電子傳輸材料的分子結構 …………………………28
圖3.1 (a)Standard元件結構圖(b)添加Quinoxaline layer元件結構圖………………………………………………………………………43
圖3.2 元件製作流程圖 ………………………………………………44
圖3.3 化學清洗台 ……………………………………………………46
圖3.4 真空系統外觀 …………………………………………………47
圖3.5 熱蒸鍍腔體 ……………………………………………………47
圖4.1 DPQX的TGA與DSC圖……………………………………52
圖4.2 DPTQX的TGA與DSC圖……………………………………52
圖4.3 DPBQX的TGA與DSC圖……………………………………53
圖4.4 DPTBQX的TGA與DSC圖…………………………………53
圖4.5 DBPN的TGA與DSC圖 ………………………………………54
圖4.6 TBPN的TGA與DSC圖………………………………………54
圖4.7 DPQX的UV-VIS光譜…………………………………………57
圖4.8 DPTQX的UV-VIS光譜…………………………………………57
圖4.9 DPBQX的UV-VIS光譜………………………………………58
圖4.10 DPTBQX的UV-VIS光譜……………………………………58
圖4.11 DBPN的UV-VIS光譜 ………………………………………59
圖4.12 TBPN的UV-VIS光譜 ………………………………………59
圖4.13 DPQX化合物的PL光譜………………………………………61
圖4.14 DPTQX化合物的PL光譜……………………………………61
圖4.15 DPBQX化合物的PL光譜 …………………………………62
圖4.16 DPTBQX化合物的PL光譜………………………………… 62
圖4.17 DBPN化合物的PL光譜 ……………………………………63
圖4.18 TBPN化合物的PL光譜 ……………………………………63
圖 4.19 Standard的光電轉換效率圖 ………………………………65
圖 4.20 Standard(BCP 15nm) 的UV-VIS圖 ………………66
圖 4.21 Standard(BCP 15nm) 的I-V圖……………………………66
圖 4.22 Standard (BCP 15nm)的EQE圖……………………………67
圖 4.23 Standard(BCP 15nm)表面粗糙度…………………………67
圖 4.24 DPQX、DPTQX和Standard的光電轉換效率圖……………69
圖4.25 DPQX、DPTQX厚度20nm和Standard的UV-VIS圖………70
圖 4.26 DPQX、DPTQX厚度20nm和Standard的I-V圖……………70
圖 4.27 DPQX、DPTQX厚度20nm和Standard的EQE圖 …………71
圖4.28 DPQX厚度20nm的表面粗糙度 Ra=0.020um …………71
圖4.29 DPTQX厚度20nm的表面粗糙度 Ra=0.016um …………71
圖 4.30 DPBQX、DPTBQX和Standard的光電轉換效率圖 ………73
圖 4.31 DPBQX、DPTBQX厚度20nm和Standard的UV-VIS圖……74
圖 4.32 DPBQX、DPTBQX厚度20nm和Standard的I-V圖 ………74
圖 4.33 DPBQX、DPTBQX厚度20nm和Standard的EQE圖………75
圖 4.34 DPBQX厚度20nm表面粗糙度 Ra=0.018um……………….75
圖 4.35 DPTBQX厚度20nm表面粗度 Ra=0.015um………………75
圖 4.36 DBPN、TBPN和Standard的光電轉換效率圖………………77
圖 4.37 DBPN 15nm、TBPN 5nm和Standard的UV-VIS圖…………78
圖 4.38 DBPN 15nm、TBPN 5nm和Standard的I-V圖………………78
圖 4.39 DBPN 15nm、TBPN 5nm和Standard的EQE圖……………79
圖4.40 DBPN厚度15nm表面粗糙度 Ra=0.015um ………………79
圖4.41 TBPN厚度5nm表面粗糙度 Ra=0.030um…………………79
圖4.42Quinoxaline衍生物和Standard的光電轉換效率圖…………80
圖4.42Quinoxaline衍生物和Standard的EQE圖…………80
表目錄
表2.1 太陽能電池總類與特性比較…………………………………6
表4.1 Quinoxaline衍生物5%熱重損失及其熔點………………55
表4.1 Standard的元件量測數值…………………………………65
表4.2 DPQX的元件量測數值…………………………………………69
表4.3 DPTQX元件量測數值…………………………………………69
表4.4 DPBQX的元件量測數值………………………………………73
表4.5 DPTBQX的元件量測數值……………………………………73
表 4.6 DBPN的元件量測數值………………………………………77
表 4.7 TBPN的元件量測數值…………………………………………77

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