以溶液製程製作可轉印的氧化鋅薄膜以及其於有機太陽能電池元件之應用研究

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研究生：	黃柏泓 Bo-hong Huang
論文名稱：	以溶液製程製作可轉印的氧化鋅薄膜以及其於有機太陽能電池元件之應用研究 Study the Fabrication of Solution Processable, Transferable ZnO Thin Film for Organic solar Cell Device Applications
指導教授：	戴龑 Yian Tai
口試委員:	何郡軒 Jinn-hsuan Ho 陳銘崇 Ming-chung Chen
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：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	103
中文關鍵詞：	有機太陽能電池、轉印技術、層疊式太陽能電池
外文關鍵詞：	organic solar cell, transferable film technology, tandem organic solar cell
相關次數：	點閱：240 下載：3
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本論文研究主題為製作一可翻印至聚(三-己基噻吩): [6,6]-苯基C61丁酸甲酯主動層的氧化鋅薄膜以作為有機太陽能之應用。此薄膜是利用水溶液製程所合成之氧化鋅奈米粒子製作而成。於翻印過程中，須以聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸為犧牲層，並添加疏水基團同時具有不同偶極方向的有機小分子於氧化鋅奈米粒子中，始可將氧化鋅成功轉印至目標主動層。吾人並對此氧化鋅薄膜進行表面張力、表面偶極量測、表面型態、及光學穿透度的分析。其後吾人結合轉印氧化鋅薄膜之技術與旋轉塗佈方式製作單層傳統型與反置型太陽能電池。吾人發現在傳統型太陽能電池中添加正偶極分子可以幫助電子的傳導進而改善元件效率；在反置型太陽能電池中添加負偶極分子可以有效阻擋電子的回流以改善元件特性。
吾人最後嘗試以轉印與旋轉塗佈方式製作層疊式太陽能電池，並探討製程中的瓶頸以及未來的改進方向

I In this thesis, we demonstrated a technique to transfer a ZnO thin film, fabricated by solution-process ZnO nanoparticle (NP), onto the P3HT:PCBM active layer for the application of organic photovoltaic (OPV). To successfully transfer a ZnO layer, fabrication of a PEDOT:PSS sacrificial layer and blending hydrophobic organic molecules with ZnO NPs are required. The properties of this ZnO layer, such as surface tension, surface dipole, morphology, and optical transmittance, were analyzed. Afterwards, we fabricated both conventional and inverted OPV devices. The results demonstrated that by adding the organic molecules with positive dipole into the convention cell enhanced the electron transition and thus enhanced the efficiency. Blending the ZnO NP with the negative dipole molecules resulted in the ZnO film that was able to block the back transfer of the electrons that improved the OPV characteristics in the inverted device.
Finally, we fabricated the tandem OPV with the transferred ZnO thin film as interlayer, and discussed the device performances which affected by the process.

中文摘要 	I
英文摘要 	II
目錄     	III
圖目錄   	V
表目錄   	VIII
名詞縮寫及代號表	IX
第一章	緒論	1
1-1	前言	1
1-2	層疊式有機太陽能電池	3
1-3	轉印薄膜相關研究	7
1-4	氧化鋅於太陽能電池中的應用	10
1-5	自組裝單分子薄膜應用於太陽能電池	12
第二章	相關理論	14
2-1	自組裝單分子層薄膜(self-assembled monolayer, SAM)	14
2-1-1	自組裝單分子層薄膜簡介	14
2-1-2	自組裝單分子薄膜製作方式	16
2-1-3	自組裝單分子薄膜之應用	16
2-2	太陽能電池工作原理與轉換效率	19
2-2-1	太陽能電池基本原理	19
2-2-2	太陽能電池之參數	22
2-3	太陽光的光譜分析	27
2-4	氧化鋅 (Zinc Oxide, ZnO)	28
2-4-1	氧化鋅-晶體結構	29
2-4-2	氧化鋅-機械性質	31
2-4-3	氧化鋅-光學性質	32
2-4-4	氧化鋅薄膜-成長方法	33
第三章	實驗藥品與儀器	36
3-1	實驗藥品	36
3-2	實驗儀器	37
3-3	有機太陽能電池元件製備	38
3-3-1	基板之圖樣化與清洗程序	38
3-3-2	自組裝單分子層薄膜的製備	39
3-3-3	氧化鋅奈米粒子之合成	41
3-3-4	氧化鋅薄膜轉移之步驟	42
3-3-5	元件製備流程	43
3-4	實驗量測儀器	48
3-5	實驗流程	50
第四章	結果與討論	51
4-1	氧化鋅奈米粒子、薄膜之鑑定	51
4-2	氧化鋅轉移之薄膜分析	52
4-2-1	氧化鋅薄膜轉移過程	52
4-2-2	氧化鋅薄膜添加不同偶極矩有機小分子之分析	61
4-2-3	比較利用旋轉塗佈與轉移方法之氧化鋅薄膜分析	62
4-2-4	氧化鋅薄膜電性分析	69
4-3	利用轉移技術的氧化鋅薄膜製作太陽能電池	71
4-3-1	傳統型太陽能電池	71
4-3-2	反置型太陽能電池	77
4-4	層疊式太陽能電池	81
4-4-1	高分子與小分子層疊式太陽能電池	81
4-4-2	高分子與高分子層疊式太陽能電池	86
第五章	結論與未來展望	96
第六章	參考文獻	98

                                

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