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  • 學位論文

修飾TiOx電子傳輸層於有機太陽能電池

Modify TiOx electron transport layer of organic solar cells

指導教授 : 何正榮
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摘要


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。

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參考文獻


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