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研究生： 潘同昇
TUNG-SHENG PAN
論文名稱： 合成Au/ZnO 奈米混合粒子及應用於P3HT/ZnO 有機無機混摻異質接面太陽能系統之研究
Synthesis of Au/ZnO nanocomposite and its application in P3HT/ZnO BHJ solar cell
指導教授： 戴龑
Yian Tai
口試委員: 陳貴賢
Kuei-hsien Chen
林麗瓊
Li-chyong Chen
江志強
Jyh-chiang Jiang
吳季珍
Jih-jen Wu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2011
畢業學年度： 99
語文別： 中文
論文頁數： 115
中文關鍵詞： 有機無機混摻太陽能電池 、SPR效應 、Au/ZnO奈米混合結構 、ZnO
外文關鍵詞： bulk heterojunction solar cell, SPR effect, Au/ZnO nanocomposite
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    • 本篇論文我們首先使用propylamine(Amine-SAM)修飾ZnO NR使ZnO NR與氯苯有較佳的相溶性再與P3HT共軛高分子混摻，藉由調整實驗參數得到一最佳膜厚值與最佳退火條件，其Jsc= 1.17 mA/cm2、Voc =0.49V、光電轉換效率可達0.31%。接著我們也利用了61-dicarboxylic acid (C60-SAM)修飾ZnO NR與P3HT界面，不僅增加了相溶性更增進電子-電洞分離能力，相較於Amine-SAM之元件其Jsc增加了43.5%，之後我們再合成了Au/ZnO混合結構奈米粒子，由Au奈米粒子所產生之表面電漿效應(Surface Plasmon effect)特性，增加了P3HT的可見光吸收進而提高光電轉換效率；實驗結果顯示，藉由C60-SAM修飾ZnO NR與P3HT界面並且添加Au/ZnO混合結構奈米粒子之元件相較於經由Amine-SAM修飾ZnO NR與P3HT界面之元件，較P3HT/Amine-ZnO元件Jsc高出3.45倍，光電轉化效率高出1.96倍。

    In this study, bulk heterojunction photovoltaic devices have been fabricated by utilizing a conjugated polymer P3HT as electron donor and self-assembled monolayer (SAM)-modified crystalline ZnO nanorods as electron acceptor. By modifying with different SAMs, the solubility of ZnO can be improved when blending with P3HT in organic solvent such as chlorobenzene, leading to improved solar cells performance. The Jsc can be further increased up to 43.5% upon the modification of ZnO by 61-dicarboxylic acid SAM (C60-SAM). Finally, in order to apply the surface plasmon resonance effect to the solar cell device to benfit the light absorption, we synthesized a novel Au/ZnO nanocomposite and blended it into the active layer, which led to further improvement of cell performance. The power conversion efficiency was 1.96 times higher than the cell with pristine active materials (Amine-SAM-modified ZnO/P3HT).

    中文摘要 I ABSTRACT II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 名詞縮寫表 XI 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 太陽能電池種類簡介 3 1.2.1 有機與無機材料之界面 7 1.3 自組裝單分子薄膜與奈米金粒子於有機太陽能電池之應用 8 第2章 相關理論與文獻 12 2.1 氧化鋅（Zinc oxide，ZnO） 12 2.1.1 氧化鋅-晶體結構 12 2.1.2 氧化鋅-光學性質 13 2.1.3 氧化鋅奈米棒發展回顧 14 2.2 自組裝單分子層薄膜(Self-assembled monolayer, SAM) 15 2.2.1 自組裝單分子層薄膜簡介 15 2.3 自組裝單分子層薄膜選擇與應用 17 2.4 太陽能電池操作原理與轉化效率 19 2.4.1 太陽能電池工作原理 19 2.4.2 太陽能電池轉化效率 22 2.4.3 太陽能電池之等效電路 (Equivalent Circuit Diagram) 24 2.4.4 太陽能電池之量子效應 (Quantum Efficiency) 26 2.4.5 太陽光光譜分佈 (solar spectrum irradiance) 27 第3章 實驗方法與步驟 32 3.1 實驗藥品 32 3.2 實驗儀器 33 3.3 實驗步驟 34 3.3.1 基板之圖樣化與清洗程序 34 3.4 合成ZnO NR與Au/ZnO奈米混合結構 37 3.4.1 自組裝單分子層薄膜的製備 40 3.4.2 主動層溶液之配製 41 3.4.3 元件製備流程 42 3.5 量測儀器 44 第4章 結果與討論 49 4.1 ZnO NR與Au/ZnO NC合成鑑定 49 4.1.1 合成ZnO NR 49 4.1.2 合成Au/ZnO NC 54 4.1.3 氧化鋅奈米棒與Au/ZnO奈米混合結構之比較 67 4.2 Amine-ZnO NR混摻P3HT之元件光電轉換效率之影響與分析 70 4.2.1 Amine-SAM修飾ZnO NR之分析 70 4.2.2 Amine-ZnO NR混摻P3HT比例之選擇 72 4.2.3 旋轉塗佈速度對於光電元件效率之影響與分析 80 4.2.4 不同的退火時間對於光電元件效率之影響與分析 86 4.3 C60-ZnO NR混摻P3HT之元件光電轉換效率之影響與分析 89 4.3.1 C60-SAM修飾ZnO NR之分析 89 4.3.2 C60-ZnO NR混摻P3HT之光電元件 91 4.4 混摻Au/ZnO NC對於P3HT:C60-ZnO光電元件之影響與分析 96 第5章 結論與未來展望 99 5.1 結論 99 5.2 未來展望 100  

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