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研究生:李丞偉
研究生(外文):Li, Cheng-Wei
論文名稱:修飾TiOx電子傳輸層於有機太陽能電池
論文名稱(外文):Modify TiOx electron transport layer of organic solar cells
指導教授:何正榮
指導教授(外文):Ho, Jeng-Rong
口試委員:王崇人鄭榮偉丁初稷何正榮
口試委員(外文):Wang, Churng-RenCheng, Jung-weiTing, Chu-ChiHo, Jeng-Rong
口試日期:2012/11/01
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:機械工程學系暨研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:有機高分子太陽能電池氧化鈦銀奈米粒子電子傳輸層
外文關鍵詞:Organic polymer solar celltitanium oxidesilver nanoparticleselectron transport layerTiOx
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本文主要探討利用銀奈米粒子的摻混,以修飾TiOx 電子傳輸層於有機太陽能電池,使太陽能電池光電轉換效率更進一步提升。由於銀奈米粒子具有的表面電漿特性以及金屬的導電性,因此本研究就利用合成的TiOx 溶膠凝膠溶液摻混水相銀奈米粒子,製作電子傳輸層,以銀奈米粒子的特性來修飾TiOx薄膜的性質,而實驗結果發現,太陽能電池無預期提升光電轉換效率,因此最後作一分析討論。

本研究分為兩部份,第一部分參考文獻想法,利用合成TiOx 溶膠凝膠溶液,以旋轉塗佈製作電子傳輸層,成功製作出光電轉換效率1.43% 提升到2.55%,而第二部分以水相銀奈米粒子溶液摻混於TiOx溶膠凝膠溶液,製作電子傳輸層,首先利用AC-2 光電子光譜分析銀奈米粒子的導電性修飾TiOx薄膜,由未摻混TiOx薄膜功函數5.37 eV,隨著銀奈米粒子摻混提升功函數為4.57 eV ,與鋁電極4.37 eV更匹配,接著利用PL光譜分析銀奈米粒子的表面電漿特性,分析結果得到摻混水相銀奈米粒子的TiOx 薄膜,因為表面電漿特性造成局部電場增強,在600~ 700 nm 波段有34%的強度提升,說明了銀奈米粒子激發P3HT材料,而產生更多激子分離電子與電洞,最後製作元件量測,得到元件光電轉換效率2.65% 提升到2.92% ,提升10%不如預期明顯提升元件效率,因此進一步討論分析,以AFM 觀察表面形貌,發現薄膜表面粗糙度隨著摻混水相銀奈米粒子而降低,可能因為P3HT:PCBM表面為疏水性,而摻混水相銀奈米粒子會影響旋轉塗佈的成膜,導致塗佈出來的薄膜粗糙度越來越低,再來以薄膜接觸角量測驗證,隨著摻混水相銀奈米粒子增加,其接觸角會增加,說明了塗佈成膜的問題,因此在蒸鍍鋁電極後,薄膜與鋁電極接觸不佳,造成電子傳輸路徑少,填充因子降低,使元件效率無法如預期特性提升。
目錄
誌謝
中文摘要
目錄
圖目錄
表目錄
Chapter 1 緒論
1.1 前言
1.2 研究目的與方法
Chapter 2 文獻回顧
2.1 有機太陽能電池簡介
2.2 有機太陽能電池工作原理與特性
2.2.1 有機太陽能電池工作原理
2.2.2 有機太陽能電池特性
2.3 有機高分子型太陽能電池
2.4 有機太陽能電池傳輸層特性
2.5 TIOX應用電子傳輸層於有機型太陽能電池
2.6 金屬奈米粒子的表面電漿共振
2.7 水相銀奈米粒子應用於有機型太陽能電池
2.8 傳承與創新
Chapter 3 實驗方法
3.1 實驗設計與架構
3.2 實驗步驟
3.2.1 TiOx溶膠凝膠溶液合成
3.2.2 水相銀奈米粒子合成
3.2.3 元件製作步驟
3.3 實驗用品及相關器材
Chapter 4 結果與討論
4.1 基本元件參數
4.2 TIOX 溶膠凝膠溶液特性分析
4.2.1 TiOx溶液特性檢測
4.2.3 TiOx 薄膜表面形貌
4.3 TIOX 電子傳輸層元件
4.3.1 TiOx電子傳輸層元件特性
4.4 TIOX 摻混水相銀奈米粒子特性分析
4.4.1 膜厚分析
4.4.2 AC-2 光電子光譜分析
4.4.3 PL (photoluminescence) 光譜分析
4.4.4 吸收光譜分析
4.5 修飾TIOX 電子傳輸層元件
4.5.1 修飾TiOx電子傳輸層元件特性
4.5.2 AFM 表面形貌
4.5.3 接觸角量測
Chapter 5 結論與未來工作
5.1 結論
5.2 未來工作 61
口試委員意見與回覆 62
參考文獻 65

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