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研究生： 周佳璋
JIA-JHANG JHOU
論文名稱： ITO陽極微結構對有機光電異質接面元件在功率轉換效率的改善
The improvement in the power conversion efficiency of organic heterojunction photovoltaic device by patterning ITO electrode
指導教授： 李志堅
Chih-Chien Lee
口試委員: 劉舜維
SHUN-WEI LIOU
范慶麟
CHING-LIN FAN
徐世祥
SHR-SHIANG SHIU
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 88
中文關鍵詞： 太陽能電池
外文關鍵詞： spolar
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    • 本論文利用黃光微影蝕刻技術製備出具有線或點狀微結構ITO基板，並將此基板應用於有機太陽能電池，觀察不同的蝕刻深度對元件特性所造成的影響。當元件結構為ITO/subphthalocyanine /C60/bathocuproine/Al，2 nm深的線狀ITO可使元件效率從4.01%提升至4.64%。此外，藉由原子力顯微鏡的觀察，在最佳的蝕刻深度下， ITO的表面較為平滑，使得有機層與ITO的介面接觸性更佳，造成接面電阻下降和短路電流的提升，因而大幅的改善元件的效率。

    In this thesis, the performances of subphthalocyanine (SubPc)/C60 heterojunction organic photovoltaic (OPV) devices were studied as a function of the micropattering produced by photolithography. The effects of the photolithography patterned indium-tin-oxide (ITO) films, including line-shape and dot-shape, with various heights were thoroughly investigated. With the OPV device consists of ITO/SubPc/C60/bathocuproine/Al, an optimum height of 2 nm of the line-shape ITO film can significantly enhance the device efficiency from 4.01% to 4.64%. Moreover, the surface roughness of the patterned ITO examined by atomic force microscopy exhibited the smoother morphology at the optimum height, leading to the improved physical contact between the organic layer and ITO film. As a result, it achieved a lower contact resistance at the anode interface and increased extraction of photocurrent, which dominates the improved device performance.

    總目錄 誌謝 I 摘要 II Abstract III 總目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1-1 前言與緒論 1 1-2 太陽能電池簡介 2 1-3 有機太陽能電池與無機太陽能電池 3 1-4 雙異質接面結構的演進與發展 4 1-4-1 單層結構(Single Layer) 4 1-4-2 雙層(Bilayer)異質接面(Heterojunction)結構 5 1-4-3 激子阻擋層(Exciton Blocking Layer, EBL) 6 1-5 亞酞菁(subphthalocyanine,SubPc)材料與元件特性 7 1-6 富勒烯(Buckminsterfullerene, C60) 9 第二章 原理與實驗動機 10 2-1 小分子有機太陽能工作原理介紹 10 2-2 有機小分子太陽能電池之特性 12 2-3 有機小分子太陽能電池等效電路 16 2-4微結構與表面吸光處理 17 2-4-1 V字溝槽(V-grooves) 17 2-4-2 微稜鏡結構(Microprism) 18 2-4-3 微透鏡(Microlens) 19 2-5 界面處理對元件特性的影響 21 2-6 實驗動機 22 第三章 儀器與實驗流程 23 3-1 超音波震盪機 23 3-2 旋轉塗佈機 23 3-3 曝光機 24 3-4 氧電漿清洗機 25 3-5 手套箱 26 3-5 熱蒸鍍機 27 3-7 電壓電流特性量測系統 29 3-8 外部量子效率量測系統 30 3-9 光電子光譜儀 31 3-10 薄膜應力量測系統 32 3-11 紫外/可見光光譜儀 32 3-12 原子力顯微鏡 33 第四章 實驗流程 34 4-1 基板製作(黃光蝕刻) 34 4-2 陽極微結構製作 35 4-3 元件蒸鍍和封裝 37 4-4 元件效率量測 38 4-5 陽極微結構量測 40 第五章 結果與討論 41 5-1 微結構不同圖形變陽極淺深度對不同元件結構的提升探討 41 5-2陽極條狀微結構的影響與改善 42 5-3 ITO條狀微結構對SubPc元件的影響 43 5-4 ITO點狀微結構對SubPc元件的影響 49 5-5 ITO條狀微結構對NPAFN Double Donor元件的影響 52 5-6 ITO點狀微結構對NPAFN Double Donor元件的影響 56 5-7 ITO點狀微結構對mcp Double Donor元件的影響 58 5-8 ITO條狀微結構對mcp Double Donor元件的影響 60 5-9 微結構機制探討 62 第六章 結論 67 參考文獻 68 圖目錄 Fig 1-4-1 單層結構能階示意圖與結構圖 4 Fig 2-1-1 有機太陽電池的四大機制示意圖 10 Fig 2-1-2 施體與受體激子拆解能階分布示意圖 11 Fig 2-2-1照光J-V特性曲線示意圖 12 Fig 2-2-2照光J-V特性曲線求Rs和Rsh示意圖 15 Fig 2-2-3 照光J-V特性曲線受Rs和Rsh影響示意圖 15 Fig 2-3小分子太陽能電池的等效電路示意圖 16 Fig 2-4-1 V字溝槽內部光場和微透鏡示意圖 17 Fig 2-4-2 微陵鏡結構示意圖 18 Fig 2-4-2-1 微稜鏡結構的SEM剖面圖 19 Fig 2-4-3-1 微透鏡有無上抗反射層的反射率光譜圖 19 Fig 2-4-3-2 微透鏡的SEM圖示 20 Fig 2-4-3-3 微透鏡有無上抗反射層的J-V特性曲線圖 20 Fig 3 1 超音波震盪機示意圖 23 Fig 3-2 旋轉塗佈示意圖 24 Fig 3 3 曝光機示意圖 24 Fig 3 4 氧電漿原理示意圖 25 Fig 3 5 手套箱過濾原理示意圖 26 Fig 3 6 熱蒸鍍機示意圖 28 Fig 3 7-1 太陽能電池量測系統示意圖 29 Fig 3 7-2 太陽光 AM 1.5 光譜圖 29 Fig 3 8 外部量子效率量測系統示意圖 30 Fig 3 9 光電子光譜儀量測圖 31 Fig 3 10 薄膜應力量測系統原理圖 32 Fig 3 11 紫外光/可見光光譜儀量測示意圖 32 Fig 3 10 2 原子力顯微鏡量測原理示意圖 33 Fig 4-1-1 實驗流程順序 34 Fig 4-1-2 黃光蝕刻流程示意圖 35 Fig 4-2-1微結構蝕刻流程示意圖 36 Fig 4-2-2有機區域面積示意圖 36 Fig 4-3-1 元件蒸鍍度流程示意圖 37 Fig 4-3-2 元件剖面示意圖 38 Fig 4-3-3 元件封裝示意圖 38 Fig 4-4-1 J-V特性量測系統架構示意圖 39 Fig 4-4-2 EQE特性量測系統架構示意圖 39 Fig 5-2-1 SubPc標準元件能階圖 42 Fig 5-2-2 SubPc標準元件J-V特性曲線圖 42 Fig 5-3-1 條狀微結構增加界面拆解面積示意圖 43 Fig 5-3-2 SubPc條狀微結構Light J-V 特性曲線圖 44 Fig 5-3-3 SubPc條狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 45 Fig 5-3-4 SubPc條狀微結構Light J-V 特性曲線圖 45 Fig 5-3-5 SubPc條狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 46 Fig 5-3-5 條狀微結構OM拍攝圖，圖(a)、(c)為蝕刻深度 3 nm的參數圖(b)、(d)為蝕刻深度 6 nm的參數 47 Fig 5-3-6 SubPc上條狀微結構基板之外部量子效率和材料吸收圖 48 Fig 5-4-1 點狀微結構在ITO基板的示意圖 49 Fig 5-4-2 (a)Etching depth : 6 nm 49 Fig 5-4-3 (b)Etching depth : 6 nm 50 Fig 5-4-4 SubPc點狀微結構Light J-V 特性曲線圖 50 Fig 5-4-5 SubPc點狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 51 Fig 5-5-1 NPAFN Double Donor元件能階圖 52 Fig 5-5-1 NPAFN Double Donor條狀微結構Light J-V 特性曲線圖 53 Fig 5-5-2 NPAFN Double Donor條狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 54 Fig 5-5-3 NPAFN Double Donor條狀微結構基板之外部量子效率和材料吸收圖 54 Fig 5-5-4 SubPc和NPAFN Double Donor結構外部量子效率對材料吸收 55 Fig 5-6-1 NPAFN Double Donor點狀微結構Light J-V 特性曲線圖 56 Fig 5-6-2 NPAFN Double Donor點狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 57 Fig 5-6-3 NPAFN Double Donor點狀微結構基板之外部量子效率和材料吸收圖 57 Fig 5-7-1 mcp Double Donor元件能階圖 58 Fig 5-7-2 mcp Double Donor點狀微結構Light J-V 特性曲線圖 58 Fig 5-7-3 mcp Double Donor點狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 59 Fig 5-8-1 mcp Double Donor條狀微結構Light J-V 特性曲線圖 60 Fig 5-8-2 mcp Double Donor點狀微結構Dark J-V 特性曲線圖 61 Fig 5-8-3 NPAFN Double Donor條狀微結構基板之外部量子效率和材料吸收圖 61 Fig 5-9-1 SubPc元件吸收量測示意圖 63 Fig 5-9-2 SubPc元件上條狀微結構基板吸收光譜圖 63 Fig 5-9-4 微結構不同蝕刻參數的表面形貌圖和頗面示意圖 65 表目錄 表 4-2-2 微結構蝕刻參數 36 表 5-2-1 SubPc元件特性參數 43 表 5-3-1 SubPc元件上條狀微結對深蝕刻深度的特性參數 44 表 5-3-2 SubPc元件上條狀微結之特性參數 46 表 5-4 SubPc元件上點狀微結之特性參數 51 表 5-5 NPAFN Double Donor元件上條狀微結之特性參數 53 表 5-6 NPAFN Double Donor元件上點狀微結之特性參數 56 表 5-7 mcp Double Donor元件上點狀微結之特性參數 59 表 5-8 mcp Double Donor元件上條狀微結之特性參數 60 表 5-9-3 所有實驗串聯電阻比較 64 表 5-9-4所有實驗短路電流比較 64

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    無法下載圖示 全文公開日期 2017/07/25 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)
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