退火製程與模板製程對太陽能電池之光伏特性的影響探討

The Influence of Annealing Process and Template Process on the Photovoltaics of P3HT/PCBM Solar Cells

蘇盟凱(Meng-Kai Su)

指導教授 ： 邱文英

共同指導教授 ： 王立義(Lee-Yih Wang)

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2010.02160

摘要

高分子太陽能電池具有如傳統塑膠般質輕、製程容易等優點，因此廣受矚目。在高分子太陽能電池中，由donor與acceptor所組成之光作用層的混摻形態為決定元件性能的重要關鍵，因此在本研究中，我們以兩個階段的實驗對光作用層之混摻形態做一改變與控制，並利用UV - vis、XRD、PL、TEM及AFM來做為觀察光作用層之形態變化。
在第一階段的實驗中，以增加變溫系統作為改善傳統solvent annealing的方式，除了能夠增加材料在可見光區域的UV吸收外，更能有效的改變電池內部的形態分布形成細微的雙連續相，進而改善電池總電阻，以達到更佳的元件效率，將原有的效率由3.52%提升至4.02%。
在第二階段中則是由P3HT本身自組裝的特性，再利用PS與P3HT在不同分子量的混合下具有可變且可控制的形態，將光作用層中之P3HT構造出許多不同的模板，以達成控制光作用層形態的目的，由AFM與TEM圖中顯示，可形成一系列類似山峰狀地形的形態分布，現階段元件效率最高已達至3.25%。
綜合兩階段實驗，本研究在退火與模板製程中成功的改變元件內部光作用層之形態，在退火製程中增加了變溫系統，有效的增加元件效率；而在模板製程中則是使用PS做為媒介的材料，成功改變P3HT與PCBM的傳統形態並且能進一步去控制太陽能電池元件中光作用層的形態變化。

關鍵字

形態 ； 變溫 ； P3HT ； PS ； 光作用層

並列摘要

Polymer solar cells have attracted considerable attention recently because of the advantages of light weight and easy fabrication process. The most important factor affecting the device performance of polymer solar cells is the morphology of the active layer composed of donor and acceptor. In this research, we have successfully developed two new and simple methods to control the morphology of the active layer. Moreover, UV-vis, XRD, PL, TEM and AFM were employed as primary characterization tools.
In the first approach, a gradient heating system was utilized to improve the traditional solvent annealing route. This method not only increase the absorbance of the donor/acceptor composite but also optimize the morphology of two substances to form a bi-continuous networks, thus lowering the total series resistance and raising the power conversion efficiency of device from 3.52% to 4.02%.
The second approach is taking the advantage of the self-assembly characteristic of P3HT. Firstly, P3HT was mixed with PS of different molecular weights to produce a composite film. The PS was then removed by organic solvent to construct a porous P3HT template. Finally, the P3HT skeleton was infiltrated with PCBM, followed by the thermal evaporation of Al to form a solar device. Both images from AFM and TEM revealed the thus-prepared P3HT/PCBM film showed a mountain-like morphology. These cells demonstrated the best efficiency of 3.25%.

並列關鍵字

morphology ； gradient ； P3HT ； PS ； active layer

參考文獻

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