大面積有機光電元件的製程開發與分析

Development and Characterization of Large-Area Organic Optoelectronic Devices

洪韻茹(Yun-Ru Hong)

指導教授 ： 洪勝富

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/博士(2014年)

摘要

有機太陽能電池近年來受到各界矚目的主要原因為其可應用於大量生產的捲軸式製程低價製作於塑膠基板上，因此有機太陽能電池在價格上有很大的競爭力甚至在未來可望挑戰目前市佔率最高的矽晶太陽能電池。因此大面積捲軸式製程為有機太陽能電池未來必然的走向，此研究探討匹配於捲軸式製程之大面積刮刀塗佈技術在有機太陽電池製作之問題，目的是開發可適用於捲軸式製程製作之高效率大面機有積太陽電池製程方法。

我們首先探討刮刀製程之大面積塗佈問題，設定之元件結構為ITO/ Cs2CO3/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag。然而在大面機刮塗製程中，常常會有表面缺陷的問題產生，我們發現使用共溶劑的方式可解決了大面積的塗佈製程中常會有表面缺陷的問題，同時我們利用小面積元件分析共溶劑對於元件太陽電池特性之影響，發現可利用兩種溶劑不同的沸點以及溶解度改善了主動層材料的垂直分布，進而改善了有機太陽電池之效率。

其次，我們探討適合於大面積反式結構電子選擇層之溶液製程。由於碳酸銫(Cs2CO3)具有易潮解的特性，對於元件壽命有很大的傷害。因此在大氣下穩定且具有高載子遷移率的材料氧化鋅(ZnO)近年來被廣泛的研究與使用，在此我們利用化學浴沉積法(Chemical Bath Deposition)來製備氧化鋅並成功的應用在有機太陽能電池上，並且也克服其他製備氧化鋅製程的缺點，製作出一表面平整、緻密且無孔洞的氧化鋅薄膜，最高效率可達4.61%。此方法未來更可應用於大面積捲軸式製程。

最後，由反式結構有機太陽電池研究，我們利用所觀察到的特殊I-V曲線開發出無須選擇元件即可獨立驅動之二維光偵測器結構。本研究裡我們成功製作出有機光偵測器陣列，並分析其特性。由於光偵測器在日常生活中已被廣泛應用，而有機光偵測器因其能夠製作在各種軟性基板上並可大面積化，因此深具發展潛力。

關鍵字

大面積有機太陽能電池 ； 共溶劑 ； 化學浴沉積法 ； 氧化鋅 ； 有機光偵測器陣列

參考文獻

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