薄膜在 Organic solar cells 的應用

1. 1 薄膜在Organic solar cells 的應用 指導教授：許進明 學生：許宏全 學號：m97l0227

2. 2 outline • 有機太陽能電池簡介 • 有機太陽能電池優缺點 • 有機太陽能的結構種類 • 混合式異質接面有機太陽電池元件結構 • 有機太陽能電池未來展望

3. 3 有機太陽能電池簡介 • 有機太陽能電池是利用有機材料使用化學合成的方式調整其能隙(band gap)，讓製作出的元件能涵蓋更廣的太陽光譜，且由於高吸光係數，所以有機層的厚度僅需幾百奈米。並可以利用疊層結構(tandemcell)，去設計每層要用什麼材料去吸收特定波段的光譜，藉此提升轉換效率。 • 一般用有機材料做成的太陽能電池有用高分子和小分子製程兩種。

4. 優點: 製造成本低 化合物結構可設計性 材料重量輕 加工性能好 便於製造大面積的太陽能電池 高吸光係數 缺點: 功率轉換效率低 載子遷移率低 無序結構 高體電阻 耐久性差 有機太陽能電池的優缺點

5. 5 有機太陽能的結構種類 • 1.單層有機太陽能電池 • 2.雙層有機太陽能電池 或 異質接面有機太陽能電池

6. 6 • 3.混合式異質接面有機太陽能電池 P3HT PCBM

7. 7 混合式異質接面有機太陽電池元件結構 P3HT:PCBM (e) (c) (b) (a)

8. (a)ITO glass substrate :氧化錫銦(ITO)具有的高透光率(~85%)與高導電率，故濺鍍於玻璃基板上，可當作導電陽極來使用。 ITO glass substrate

9. (b)PEDOT : PSS : 其功用是當作一電洞傳輸層，可以使分離的電洞能有效的經由傳輸層流至ITO陽極，並且阻絕電子流至陽極，進而提升電池的效能。 • 另外還具有降低ITO表面粗糙度的功用，進而提升其表面形態；且有效降低元件短路的效應，減少漏電流產生，提升電池之開路電壓表現。 PEDOT:PSS ITO glass substrate

10. (c)P3HT : PCBM :元件的主動層即為Donor(P3HT)與Acceptor (PCBM)兩種材料的混合薄膜層，此層即為產生激子的有機層，並提供了使激子分離的異質接面與提供電洞電子傳輸路徑。 • 使用sol-gel法，將溶質P3HT與PCBM，還有溶劑氯苯依化照化學劑量比，加熱混合之後再用旋轉塗佈機旋塗於ITO玻璃基板上。 P3HT:PCBM PEDOT:PSS ITO glass substrate

11. (e)使用熱蒸鍍陰極鋁，蒸鍍壓力為10-6~10-5 torr，蒸鍍速率為0.5 Å/s，厚度為600~800 Å。 Al P3HT:PCBM PEDOT:PSS ITO glass substrate

13. 13 有機太陽能電池未來發展 • 研究出更適合的感光層材料，以其能更充分利用到各段太陽能光波段的能量，並發展出載子移動率更快的材料，使其電子-電洞對分離的效率能提升。 • 藉由不同結構的研究，來改善元件中的光吸收率、反射率等特性，勢必能將有機太陽能電池的轉換效率更往上提升。

14. 14 參考文獻 • 林思佑，“五環素/駢苯衍生物有機太陽能電池之研究＂，國立成功大學光電科學與工程研究所碩士論文， 2007 • 劉修宏，“高效率高分子太陽能電池之研究＂，國立成功大學光電科學與工程研究所碩士論文， 2006 • 石政言，“利用元件後段處理與主動層有機溶劑改善有機太陽電池之短路電流密度＂，國立東華大學 電機工程學系 碩士論文， 2005

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