跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.231.230.177) 您好!臺灣時間:2021/08/02 11:30
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:張育理
研究生(外文):Yu-Li Chang
論文名稱:箝入不同大小之奈米金粒子以提升有機太陽能電池效率
論文名稱(外文):The performance enhancement of bulk heterojunction solar cell by incorporating gold nanoparitcles with different sizes in hole-injection layer
指導教授:趙宇強
指導教授(外文):Yu-chiang Chao
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:奈米金有機太陽能電池
外文關鍵詞:organic solar cellgold nanoparticles
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:85
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
有機太陽能電池為未來極有潛力之研究目標,由於其較低之製程成本以及較容易之製作過程,近年來已成為各方研究重點。不過相較於無機太陽能電池,在光電轉換效率上仍然有一段差距,為了改善有機太陽能電池之光電轉換效率,除了在主動層材料之選用外,改變其元件結構或加入不同種類奈米金屬粒子於元件各層中為較容易之改善方法。
本論文主要研究目標為於有機太陽能電池之電洞傳輸層中,箝入不同粒徑大小之奈米金粒子,並利用不同粒徑大小之奈米金粒子其表面電漿共振效應及散射光能力使得有機太陽能電池元件在各項光電效率量測上有所提升。於本實驗中可得知,由四氯金酸及檸檬酸鈉所還原出之奈米金粒子必須以去離子水稀釋十倍作為奈米金粒子種子溶液,並以體積百分比10 %作為摻雜入電洞傳輸層之最佳條件。本實驗利用simple growth method 將奈米金粒子進行成長,其粒徑大小可由22 nm成長至40~50 nm,並將不同粒徑大小之奈米金粒子摻雜入電洞傳輸層中,其中以摻雜粒徑大小為30~35 nm之奈米金粒子之元件能得到最高短路電流值(Jsc)13.22 mA/cm2及最高之光電轉換效率值(PCE)4.67 %,相較於本實驗之對照組,光電轉換效率提升29.4 %(由3.61 %提升至4.67 %)。

Organic solar cells are promising alternative energy owing to low fabrication cost and simple fabrication processes. Although organic solar cells have many advantages comparing with inorganic solar cells, the efficiency of organic solar cells was still inferior to the one of inorganic solar cells. Increasing the device efficiency is essential for real commercialization.
In this work, gold nanoparticles are incorporated in the hole injection layer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS). We found that the device efficiency was enhanced when 10% gold nanoparticles of 22 nm were blended with PEDOT:PSS. We also synthesized gold nanoparticles with various diameters by adjusting the experimental conditions. The device efficiency was enhanced by 29.4 % (power conversion efficiency from 3.61 % to 4.67 %) through blending 10% gold nanoparticles of 30~35 nm. Further increasing of the diameter resulted in poor efficiency.

目錄
摘要……………………………………………………………………..Ⅰ
Abstract……………………………………………………………..….Ⅱ
目錄………………………………………………………………….….Ⅲ
圖目錄…………………………………………………………………..Ⅴ
表目錄…………………………………………………………………..Ⅷ
第一章 緒論…………………………………..…………….…………..1
1-1 前言…………………………………………..………………….1
1-1-1 太陽能電池簡介……………………...…………………..1
1-1-2 有機太陽能電池介紹…………………..………………..3
1-2 研究動機…………………………………………...….……….6
第二章 基本原理………………………………………………………..8
2-1 有機太陽能電池工作原理………………………….…..……….8
2-2 有機太陽能電池結構…………………………………………..11
2-3 有機太陽能電池光電特性……………………….…………..12
第三章 實驗步驟……………………………………………………...18
3-1 ITO基板蝕刻圖樣化製程………………………….…………..18
3-2 有機太陽能電池元件製程……………………………………..21
3-3 奈米金製程……………………………………………………..24
3-4 主動層溶液製…………………………………….…………..27
第四章 結果與討論…………………………………………………...28
4-1 奈米金相關量測與分析……………………………………...28
4-2 奈米金粒子濃度及摻雜比例之影響…………….…………..34
4-2-1 奈米金粒子濃縮倍率分析……………….…………...34
4-2-2 奈米金粒子稀釋倍率分析……………….…………...36
4-2-3 奈米金粒子摻雜比例…………………….…………...38
4-3 不同尺寸之奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之影響….…….41
4-3-1 實驗構想分析…………………………………….…...41
4-3-2 不同尺寸之奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之電性量測……………………………………………………………...42
4-3-3 表面形貌及結果探討….………………………..….....46
4-4 結論…………………………………………………….........48
第五章 總結………………………………………………………..….50
參考文獻…………………………………………………………….....51








圖目錄
圖 1-1 太陽能電池總類…………………………………………….….2
圖 1-2 太陽能電池發展概況…………………………………………..2
圖 1-3 單層有機太陽能電池示意圖………………………………..…3
圖 1-4 雙層有機太陽能電池示意圖……………..…………..……….4
圖 1-5 塊材異質接面有機太陽能電池示意圖……. …………………5
圖 1-6 (a) 傳統有機太陽能電池結構圖…………………..…..…….7
(b) 不同尺寸奈米金粒子於電洞傳輸層…………………….7

圖 2-1 太陽光吸收光譜………………………………………………..9
圖 2-2 (a) 吸收光子 (b) 激子產生 (c) 激子擴散與拆解
(d) 電荷收集………………………………………………..10
圖 2-3 (a) 正結構…………………………………………………...11
(b) 反式結構………………………………………………...11
圖 2-4 太陽能電池等效電路…………………………………………14
圖 2-5 太陽能電池I-V曲線圖……………………………………….16
圖 3-1 (a) 清洗完之ITO基板 (b) 上光阻 (c) 曝光
(d) 顯影 (e) 蝕刻…………………………………………..20



圖 3-2 (a) 蝕刻基板 (b) 電洞傳輸層 (c) 主動層
(d) 電極蒸鍍 (e) 封裝……………………………………..23
圖 3-3 奈米金製程實驗儀器架設圖………………………………...25
圖 3-4 奈米金成品……………………………………………………26
圖 4-1 奈米金粒子(a) 種子 (b) A溶液 (c) D溶液 SEM圖
(d) 種子、A、D溶液外觀顏色………………...31
圖 4-2 (a) ITO基板。奈米金粒子(b) 種子 (c) A溶液
(d) D溶液。之AFM圖……………………………………..32
圖 4-3 奈米金粒子種子、A溶液及D溶液,吸收光譜量測……….33
圖 4-4 不同濃縮倍率之I-V特性圖………………………………….35
圖 4-5不同稀釋倍率之I-V特性圖…………………………………..36
圖 4-6 三種不同摻雜比例之I-V特性圖…………………………….39
圖 4-7 元件結構示意圖………………………………………………41
圖 4-8不同尺寸奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之I-V特性………..43
圖 4-9 不同尺寸奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之EQE量測圖…. 44
圖 4-10 不同尺寸奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之吸收譜……….45
圖 4-11 電洞傳輸層中摻雜奈米金粒子
(a)無奈米金粒子摻雜………………………………………47
(b) 摻雜奈米金粒子種子………………………………….47
(c)摻雜A溶液奈米金粒子……………………………….....47
(d)摻雜D溶液奈米金粒子………………………………...47

表目錄
表4-1 奈米金粒子成長參數………………………………………….30
表4-2 不同濃縮倍率之各項光電量測數據………………………….35
表4-3 不同稀釋倍率之各項光電量測數據………………………….37
表4-4 三種不同摻雜比例條件……………………………………….38
表4-5 三種不同摻雜比例之光電特性量測參數…………………….39
表4-6 不同尺寸奈米金粒子摻雜於電洞傳輸層之參數表………….43


[1]http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg
[2] A. K. Ghosh and T. Feng, Journal of Applied Physics 49, 5982 (1978).
[3] C. W. Tang, Applied Physics Letters 48, 183 (1986).
[4] G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl and A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995).
[5] M. T. Dang, L. Hirsch, and Guillaume Wantz Advanced Matericals 23, 3597 (2011).
[6] A. J. Heeger, Angewandte Chemie International Edition 113, 2660 (2001).
[7] K. Kim, J. Liu, M. A. G. Namboothiry, D. L. Carroll, Applied Physics Letters 90, 163511 (2007).
[8] B. C. Thompson, J. M. J. Frechet, Angewandte Chemie International Edition 120, 62 (2008); Angewandte Chemie International Edition 47, 58 (2008).
[9] G. Dennler, M. C. Scharber, C. J. Brabec, Advanced Matericals 21, 1323 (2009).
[10] D. H. Wang, D. G. Choi, O. O. Park, J. H. Park, Journal of Materials Chemistry 20, 4910 (2010).
[11] C. C. D. Wang, W. C. H. Choy, C. H. Duan, D. D. S. Fung,
W. E. I. Sha, F. X. Xie, F. Huang, Y. Cao, Journal of Materials Chemistry 22, 1206 (2012).
[12] M. Heo, H. Cho, J. W. Jung, J. R. Jeong, S. Park, J. Y. Kim,
Advanced Matericals 23, 5689 (2011).
[13] D. H. Wang, K. H. Park, J. H. Seo, J. Seifter, J. H. Jeon, J. K. Kim, J. H. Park, O. O. Park, A. J. Heeger, Advanced Energy Matericals 1, 766 (2011).
[14] M. Stavytska-Barba, M. Salvador; A. Kulkarni; D. S. Ginger;
A. M. Kelley, Journal of Physics Chemistry C 115, 20788 (2011).
[15] H. A. Atwater, A. Polman Nature Materials 9, 205 (2010).
[16] F. C. Chen, J. L. Wu, C. L. Lee, Y. Hong, Applied Physics Letters 95, 013305 (2009).
[17] F. X. Xie, Wallace C. H. Choy, Applied Physics Letters 99, 153304 (2011).

[18] D. Derkacs, S. H. Lim, P. Matheu,W. Mar, E. T. Yu, Applied Physics Letters 89, 093103 (2006).
[19] A. Gole, C. J. Murphy, Chemistry of Matericals 17, 1325 (2005).
[20] R. B. Konda, R. Mundle, H. Mustafa, O. Bamiduro, A. K.
Pradhan,U. N. Roy, Y. Cui, A. Burger, Applied Physics Letters 91, 191111 (2007).
[21] K. Kim, D. L. Carroll, Applied Physics Letters 87, 203113 (2005).

[22] D. H. Wang, D. Y. Kim, A. J.Heeger , Angewandte Chemie International Edition 50, 5519 (2011).
[23] http://en.wikipedia.org/wiki/Air mass (solar energy).

[24] http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E5% 85%89.
[25] B. Friedel, P. E. Keivanidis, T. J. K. Brenner, A. Abrusci, C. R. McNeill, R. H. Friend and N. C. Greenham, Macromolecules 42, 6741 (2009).
[26]S. I. Na, G. Wang, S.S. Kim, T. W. Kim, S. H. Oh, B. K. Yu, T. Lee and D. Y. Kim, Journal of Materials Chemistry 19, 9045 (2009).
[27] T. L. Benanti and D. Venkataraman, Photosynthesis Research 87, 73 (2006).
[28] B. Streetman and S. Banerjee, Solid State Electronic Device (sixth edition).
[29] 張祐豪 奈米金-聚苯胺之複合材料電性分析 中原大學物理系碩士論文 (2014).
[30] C. Ziegler and A. Eychmuller Journal of Physics Chemistry C 115, 4502 (2011).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top