臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文設計以星狀共軛高分子TDGTPA作為反式高分子太陽能電池之電子選擇層，元件結構為ITO/ZnO/TDGTPA/P3HT:PC71BM/MoO3/Ag。利用紫外光可見光光譜儀測得固態膜 TDGTPA/P3HT:PC71BM最大吸收波長為597 nm。利用接觸角量測儀測得ZnO固態膜之接觸角為40.9o、ZnO/TDGTPA固態膜之接觸角為68.1 o、ZnO / P3HT:PC71BM固態膜之接觸角為97.8 o以及ZnO/TDGTPA/ P3HT:PC71BM固態膜之接觸角為96.2 o。電子選擇層之親疏水性介於ZnO與光電轉換層之間，確實可以改善兩者介面之相容性，促進電子傳遞於ZnO層。利用原子力顯微鏡觀察ZnO、ZnO/TDGTPA、及ZnO/TDGTPA/P3HT:PC71BM固態膜表面型態，其結果顯示電子選擇層TDGTPA之導入，可促進P3HT:PC71BM產生較佳的奈米級相分離，有助於電荷分離及傳遞能力提升。以TDGTPA作為電子選擇層，P3HT:PC71BM作為光電轉換層，測得元件之短路電流密度Jsc值為8.88 mA/cm2、開路電壓Voc值為0.62 V、填充因子FF值為0.59、光電轉換效率PCE值為3.23 %；相較於未導入TDGTPA電子傳遞層之元件效率約提升21 %。

In this study, the star shaped conjugated molecule (TDGTPA) used as the electron selective layer in the inverted polymer solar cells. The devices structure is ITO/ZnO/TDGTPA/ P3HT:PC71BM/MoO3/Ag. The maximal absorption wavelength of TDGTPA as thin film state observed at 597 nm. The contact angle of the thin film ZnO, ZnO/TDGTPA, ZnO/P3HT:PC71BM and ZnO/TDGTP/P3HT:PC71BM were 40.9o, 68.1 o, 97.8 o and 96.2 o, respectively. The results show that the electron selective layer could really improve the compatibility of the ZnO layer and photoactive layer, and the electron-transporting capacity of the device. The structure of the bulk hetero-junction sloar cell device is ITO/ZnO/electron selective layer/photoactive/MoO3/Ag. The photoactive layer was a blend of P3HT and PC71BM. The electron selective layer was the thin film of star-shape conjugated molecule (TDGTPA). The current density, open circuit voltage, fill factor, and photo-conversion efficiency of the ITO/ZnO/ TDGTPA (0.1%wt%) / P3HT:PC71BM blend (1:1, w/w) based solar cell were 8.88 mAcm-2, 0.62 V, 0.59, and 3.23 %, respectivity. The device is made with electron selective layer, TDGTPA, rising 21% of the photo-conversion efficiency than the one without electron selective layer.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第1章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 太陽能電池分類 1
1-2-1 無機太陽能電池 2
1-2-2 有機太陽能電池 3
1-3 高分子太陽能電池結構與種類 5
1-3-1 單層光電轉換層型高分子太陽能電池 5
1-3-2 雙層光電轉換層型高分子太陽能電池 6
1-3-3 混摻異質接面光電轉換層型高分子太陽能電池 7
1-3-4 正型異質接面光電轉換層型高分子太陽能電池 8
1-3-5 反式異質接面光電轉換層型高分子太陽能電池 8
1-4 高分子太陽能電池之工作原理 9
1-4-1高分子太陽能電池的特性分析[18] 10
第2章 文獻回顧 13
2-1 ?咯併?咯的材料結構及介紹 13
2-1-1 含噻吩的?咯併?咯衍生物 13
2-1-2 含苯環及噻吩的?咯併?咯的光學與電化學特性 14
2-1-3 烷氧鏈官能基化之DPP的特性與光伏性質 15
2-2 含DPP之共軛高分子材料 16
2-2-1 含DPP之共軛高分子於電子施體材料上的應用 17
2-2-2 含DPP之染料分子於電子受體材料的應用 17
2-3 星狀材料介紹 18
2-3-1以 Triazine為核心之星狀材料 19
2-3-2 以Triazloe為核心之星狀材料 19
2-4 反式高分子太陽能電池 20
2-4-1 以金屬氧化物作為電子傳遞層之反式高分子太陽能電池 21
2-4-2 ZnO與fullerene衍生物結合之反式高分子太陽能電池 22
2-5 TiO2作為電子傳遞層之反式高分子太陽能電池 23
2-5-1 以WO3作為電洞傳遞層之反式高分子太陽能電池 23
2-5-2 PVP與TiO2混摻之反式高分子太陽能電池 23
2-6 以Cs2CO3作為電子傳遞層之反式高分子太陽能電池 24
2-7 介面修飾之反式高分子太陽能電池 24
2-7-1 以PVP為介面修飾層的反式高分子太陽能電池 24
2-7-2 以PEIE為介面修飾層的反式高分子太陽能電池 25
2-7-3 以fullerene衍生物作為介面修飾層之反式高分子太陽能電池 26
2-7-4 以共軛高分子材料為介面修飾層之反式高分子太陽能電池 27
2-8 研究動機 28
第3章 實驗 29
3-1 化學藥品 29
3-2 溶劑前處理 30
3-3 實驗儀器 31
3-4 單體合成 32
3-5 TDGTPA星狀材料合成 39
3-6 共軛高分子的元件製作 40
第4章 結果與討論 41
4-1 星狀分子化合物基本特性 41
4-1-1 TDGTPA之結構鑑定分析 41
4-1-2 傅立葉紅外光光譜儀(FTIR)之結構分析 41
4-1-3 TDGTPA之熱性質(TGA、DSC)分析。 43
4-1-4星狀共軛分子紫外光-可見光光譜儀之光學性質分析 43
4-1-5 星狀共軛分子之電化學特性分析 44
4-2 星狀共軛分子作為電子選擇層之紫外光-可見光光譜儀分析 45
4-3 星狀共軛分子作為電子選擇層之表面型態分析 46
4-4 星狀共軛分子之表面接觸角及自由能分析 48
4-5 星狀共軛分子之元件電子電洞遷移率分析 50
4-6 星狀共軛分子之光伏特性表現 51
第5章 結論 53
第6章 參考文獻 54
附錄 57

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