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研究生:蒲信佑
研究生(外文):Hsin-Yu Pu
論文名稱:聚苯胺系有機太陽能電池之研究聚苯胺系有機太陽能電池之研究
論文名稱(外文):Studies on polyaniline based on organic solar cell
指導教授:何國賢何國賢引用關係
指導教授(外文):Ko-Shan Ho
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:太陽能聚苯胺苯二胺
外文關鍵詞:polyanilinePhenylenediaminenanofiber
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本研究使用的聚苯胺是以原位聚合法(in-situ polymerization)所製備,並添加間位及對位苯二胺(phenylenediamine,PDA)為抑制劑控制聚苯胺生長,使得溶解度得到提升。
在此研究將用掃瞄式電子式顯微鏡(SEM)及穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察複合材料的結構,用光電子光譜分析儀測量材料其能階排列,以及用奧士瓦黏度計來量測分子量,再利用霍爾效率測量系統量測其材料之載子移動率,最後藉由模擬太陽光源下測其效率,EB態聚苯胺奈米纖維(Polyaniline Nanofiber)在UV-Vis部分與一般市售的P3HT有相似的吸收波段,且同時具有中性不帶電等特性,加上具有一維奈米結構型態可以增加接觸面積,故以聚苯胺當作donor,再搭配PCBM([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester)當作acceptor。元件中陽極與陰極分別使用 ITO 與Al來完成元件,在雙層式太陽能電池中,量測到元件的光電轉換效率為0.0224%。
Phenylenediamine (PDA) was mixed with aniline to prepare nanofiber polyaniline (PANI) which can enhance the solubility via in-situ polymerization in the presence of hydrochloric acid.
Through the SEM and TEM micrographs, one can observe the morphology of nanocomposite and characterized with the photoelectron spectrometer, the energy level of materials can be obtained and the Ostwald Viscometer was used to measure the molecular weight, the measuring of hole effect show the mobility of materials, the power conversion efficiency was obtained by a solar simulator. Nanofiber of polyaniline owns similar absorption behavior with that of P3HT in UV-Vis spectra, both of which possess neutral, uncharged characteristics. The one-dimensional nano structure of polyaniline can increase the contact areas between donor and acceptor, which is useful to be coordinated with PCBM as a donor in the organic solar cell system. In the cell, we used ITO and Al as the anode and the cathode, respectively. In the case of bi-layer solar cell, the power conversion efficiency can be found to be 0.0224%。
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 3
1-3 大綱 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 有機薄膜太陽能電池之工作原理 5
2-2 有機太陽能電池之功率轉換效率 10
2-3 有機太陽能電池結構發展 12
2-3-1 單層結構 12
2-3-2 雙層異質界面(heterojunction)結構 13
2-3-3 單層異質界面結構 15
2-4 聚苯胺 18
2-4-1 聚苯胺簡介 18
2-4-2 聚苯胺之合成 22
2-4-3 聚苯胺之應用 30
2-4-4 聚苯胺之性質 32
第三章 實驗程序 36
3-1 實驗藥品 36
3-2儀器設備及其性質測定 40
3-3 實驗流程 45
3-3-1奈米聚苯胺合成 45
3-3-2 mPDA-聚苯胺合成 46
3-3-3 pPDA-聚苯胺合成 47
3-3-4元件的製作 48
3-4 性質測定 50
第四章 結果與討論 52
4-1 EB-PANI(PSA)之合成與鑑定 53
4-2 EB-mPDA-PANI(PSA)之合成與鑑定 58
4-3 EB-pPDA-PANI(PSA)之合成與鑑定 64
4-4 材料光電性質及元件的表現 70
第五章 結論 76
參考文獻 77
圖目錄
Figure 2-1-1 太陽能光電轉換原理 5
Figure 2-1-2 激子產生 6
Figure 2-1-3 激子漂移 7
Figure 2-1-4 激子解離 8
Figure 2-1-5 電子電洞傳導至陰陽極 9
Figure 2-2-1 有機太陽能電池之 I-V 曲線圖 11
Figure 2-3-1 單層結構 Solar cell 12
Figure 2-3-2 Merocyanine 結構圖 12
Figure 2-3-3 雙層異質接面 Solar cell 14
Figure 2-3-4 CuPC、PV結構圖 14
Figure 2-3-5 單層異質界面結構太陽能電池 17
Figure 2-3-6 MDMO-PPV 及 C60 結構 17
Figure 2-3-7 P3HT 及 PCBM 結構 17
Figure 2-4-1 苯胺聚合的狀態、結構 19
Figure 2-4-2 常見的聚苯胺之分子結構 20
Figure 2-4-3 聚苯胺聚合的反應機構 21
Figure 2-4-4 摻雜過之共軛型高分子在光電及電化學之研究 22
Figure 2-4-6 鹽酸摻雜的苯胺單體在SDS 下形成微胞的情況 26
Figure 2-4-7 DBSA 摻雜的苯胺單體形成微胞的情況 27
Figure 2-4-8 為四種最常見的聚苯胺型態之紫外可見光光譜圖 35
Figure 3-3-1 聚苯胺合成流程圖 45
Figure 3-3-2 mPDA-聚苯胺合成流程圖 46
Figure 3-3-3 pPDA-聚苯胺合成流程圖 47
Figure 3-3-4 元件製作流程圖 48
Figure 3-3-5 元件照片 48
Figure 3-3-6 元件組裝示意圖 49
Figure 3-3-7 元件側面示意圖 49
Figure 4-1-1 摻雜 PSA 合成 Polyaniline nanofibers之SEM圖 55
Figure 4-1-2 摻雜 PSA 合成 Polyaniline nanofibers之TEM圖 55
Figure 4-1-3 EB-PANI(PSA)之FTIR光譜圖 56
Figure 4-1-4 以PSA摻雜之聚苯胺之UV-Vis光譜圖 57
Figure 4-1-5以PSA摻雜之聚苯胺之能隙圖 57
Scheme4-2-1 間苯二胺聚合示意圖 60
Figure 4-2-1 添加 2WT% mPDA 合成 Polyaniline nanofibers之SEM圖 61
Figure 4-2-2 添加 2wt% mPDA 合成 Polyaniline nanofibers之TEM圖 61
Figure 4-2-3 EB-mPDA-PANI(PSA)之FTIR光譜圖 62
Figure 4-2-4有無添加mPDA之聚苯胺之UV-Vis光譜圖 63
Figure 4-2-5添加mPDA之聚苯胺之能隙圖 63
Scheme4-3-1 對苯二胺聚合示意圖 66
Figure 4-3-1添加 5wt% pPDA 合成 Polyaniline nanofibers之SEM圖 67
Figure 4-3-2添加 5wt% pPDA 合成 Polyaniline nanofibers之TEM圖 67
Figure 4-3-3 EB-pPDA-PANI(PSA)之FTIR光譜圖 68
Figure 4-3-4有無添加pPDA之聚苯胺之UV-Vis光譜圖 69
Figure 4-3-5添加pPDA之聚苯胺之能隙圖 69
Figure 4-4-1 以PSA摻雜之聚苯胺之能階排列圖 72
Figure 4-4-2 添加mPDA之聚苯胺之能階排列圖 73
Figure 4-4-3 添加pPDA之聚苯胺之能階排列圖 73
Fig. 5. The illuminated J-V characteristics of oscs with differential PANI(EB) 74
表目錄
Table 2-4-1 鹼式中間氧化態聚苯胺之紅外線吸收光譜 33
Table 3-1-1實驗樣品代號表 39
Table 4-1-1 EB-PANI(PSA)之黏度性質與分子量 56
Table 4-2-1 EB-mPDA-PANI(PSA)之黏度性質與分子量 62
Table 4-3-1 EB-pPDA-PANI(PSA)之黏度性質與分子量 68
Table 4-4-1 Optical properties of (A)EB-PANI(PSA), (B)EB-mPDA- PANI(PSA), (C)EB-pPDA-PANI(PSA) 72
Table 4-4-2 The mobility of (A)EB-PANI(PSA), B) EB- mPDA-PANI (PSA) , (C) EB-PPDA-PANI(PSA) 74
Table 4-4-3 Photovoltaic performances of (A)EB-PANI(PSA), (B) EB- mPDA-PANI(PSA) , (C) EB-pPDA-PANI(PSA) 75
參考文獻 77
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