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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃俊富
研究生(外文):HUANG,CHUN-FU
論文名稱:多壁奈米碳管與PEDOT:PSS複合薄膜在矽晶太陽能電池之研究
論文名稱(外文):Multiwall Carbon Nanotube and Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): Polystyrene Sulfonate (PEDOT:PSS) Composite Films for Silicon Solar Cell
指導教授:吳文端
指導教授(外文):WU,WEN-TUAN
口試委員:盧陽明蘇水祥
口試委員(外文):LU,YANG-MINGSU,SHUI-HSIANG
口試日期:2019-01-22
學位類別:碩士
校院名稱:南臺科技大學
系所名稱:光電工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:多壁奈米碳管PEDOT:PSS有機混合太陽能電池
外文關鍵詞:MWCNTPEDOT:PSSHeterojunction Solar Cell
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傳統矽晶太陽能電池p-n接面的形成需要高溫製程,近年來有機無機混合型太陽能電池具有製程簡便,低耗能的優勢,是值得進一步深入研究,本研究利用PEDOT:PSS摻入奈米碳管(CNT)與Si基板組成混合式異質接面太陽能電池之研製,因為PEDOT:PSS是現在有機太陽能電池上相當常用的導電材料,其原因在導電度、穩定性、透明性上均有優異的表現,且可當p-type半導體或電洞傳導層,因此常被拿出來作為研究材料。而本研究希望藉由CNT的摻雜,來優化PEDOT:PSS的特性,讓CNT-PEDOT:PSS製作的異質接面太陽能電池效率有更進一步的提升。
此次研究我們將PEDOT:PSS溶液直接與奈米碳管(CNT)水溶液混合後,以旋轉塗佈機旋塗,為了優化CNT-PEDOT:PSS的導電率,我們首先優化DMSO的添加比例,並確認不同轉速下所形成之CNT-PEDOT:PSS薄膜的穿透度與片電阻, 最後再將CNT-PEDOT:PSS 旋塗於n-Si 基板, 製作成
CNT-PEDOT:PSS/n-Si 異質接面太陽能電池。
研究結果顯示,在5% DMSO + PEDOT:PSS 中摻入3% CNT,以3000rpm 塗佈5s 後再5000 rpm 塗佈20s 的膜厚,所製作出的CNT-PEDOT:PSS/n-Si太陽能電池有最較佳的轉換效率,最高可達到7.1%,平均比PEDOT:PSS/n-Si太陽能電池的4.5%,提高了47%。
The formation of p-n junction in a traditional silicon solar cell needs hightemperature process. Recently, polymer/n-Si hybrid solar cells feature the low cost advantage for their simple and low temperature processing therefore it is worthy for further study. In this study, we will replace PEDOT:PSS with CNT-PEDOT:PSS composite to fabricate the CNT-PEDOT:PSS/n-Si heterojunction solar cell. PEDOT:PSS is commonly used as a p-type semiconductor or hole transport layer in the organic solar cell because its high transparency and good conductivity. This study hopes to optimize the characteristics of PEDOT:PSS by the doping of CNT, so that the efficiency of CNT-PEDOT:PSS/n-Si heterojunction solar cell can be further improved.
CNT-PEDOT:PSS films were fabricated with mixed of PEDOT:PSS and CNT aqueous solutions by spin coating. In order to optimize the conductivity of CNT-PEDOT:PSS, we first optimized the content of DMSO in PEDOT:PSS, and then followed a systematic study in varying CNT content. The optical and electrical properties of CNT-PEDOT:PSS films were characterized by UV-VIS spectrometry and four point probe, respectively. Finally, the power conversion efficiency (PCE) of CNT-PEDOT:PSS/n-Si heterojunction solar cell was performed under AM1.5 illumination with a solar simulator.
The results show that CNT-PEDOT:PSS composite could effectively enhance the PCE of CNT-PEDOT:PSS/n-Si heterojunction solar cell. The highest PCE of 7.1% is achieved for CNT-PEDOT:PSS/n-Si solar cell with 3% CNT in composite. This value is 47% higher than the PCE of PEDOT:PSS/n-Si solar cell.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 3
第二章 基礎理論與文獻回顧 4
2.1 太陽能電池發電原理 4
2.2 太陽能電池的分類與介紹 5
2.2-1 矽晶太陽能電池 5
2.2-2 化合物太陽能電池 5
2.2-3有機太陽能電池 6
2.3 奈米碳管之基本理論 8
2.3-1 奈米碳管之簡介 8
2.3-2 奈米碳管之結構 8
2.3-3 奈米碳管之基本電性結構 12
2.3-4 奈米碳管之導熱特性 14
2.4 PEDOT:PSS之特性 15
2.5 矽基異質接面太陽能電池 15
第三章 實驗步驟與實驗設備 19
3.1 實驗流程 19
3.2 實驗設備 20
3.2-1 旋轉塗佈機(Spin Coating) 20
3.2-2 電子束蒸鍍系統(E-beam) 21
3.3 實驗步驟 22
3.3-1 矽基板清洗 22
3.3-2 PEDOT:PSS/CNT液體調配 23
3.3-3 旋轉塗佈 23
3.3-4 電極蒸鍍 24
3.4 量測分析設備 25
3.4-1 場發射掃描式電子顯微鏡(Field emission scanning electron micro- scope,FE-SEM) 25
3.4-2 光學吸收光譜儀 26
3.4-3 四點探針 27
3.4-4 太陽能模擬器 28
第四章 結果與討論 29
4.1 PEDOT:PSS複合薄膜的光學性質 30
4.1-1 摻入不同DMSO比例的PEDOT:PSS薄膜之穿透率 30
4.1-2 不同轉速下形成的PEDOT:PSS(5% DMSO)薄膜之穿透率 31
4.1-3 摻入不同碳管比例的CNT-PEDOT:PSS薄膜之穿透率 32
4.2 PEDOT:PSS複合薄膜的電性 33
4.2-1 摻入不同DMSO比例的PEDOT:PSS薄膜之片電阻分析 33
4.2-2 不同轉速下形成的PEDOT:PSS(5% DMSO)薄膜之片電阻分析 34
4.2-3 摻入不同碳管比例的CNT-PEDOT:PSS薄膜之片電阻分析 35
4.3 異質接面n-Si 太陽能電池J-V特性分析 37
4.3-1 摻入不同DMSO比例的PEDOT:PSS/n-Si太陽能電池的J-V特性 分析 38
4.3-2 摻入不同CNT比例的CNT-PEDOT:PSS/n-Si太陽能電池的J-V特
性分析 39
4.3-3 CNT-PEDOT:PSS/n-Si異質接面太陽能電池的製程穩定性分析 41
第五章 結論 43
參考文獻 45

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