研究生: |
謝明憲 Ming-Hsien Hsieh |
---|---|
論文名稱: |
氧化鋅奈米桿之探討及其對Hybrid氧化鋅奈米桿/P3HT太陽能電池效率之影響 Effect of ZnO nanostructure on the Performance of Hybrid P3HT/ZnO nanorod Solar cell |
指導教授: |
劉進興
Chin-Hsin J. Liu |
口試委員: |
蔡大翔
Dah-Shyang Tsai 戴龑 Yian Tai 陳貴賢 Kuei-Hsien 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: | 2008 |
畢業學年度: | 96 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 111 |
中文關鍵詞: | 氧化鋅 、水熱法 、太陽能電池 |
外文關鍵詞: | Hybrid solar cell, P3HT |
相關次數: | 點閱:325 下載:1 |
分享至: |
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
本研究探討以水熱法成長氧化鋅奈米桿的成長條件對整體形貌與晶相之影響;並製成有機太陽能電池以探討微觀結構對太陽能轉換效率之影響。我們以XRD、SEM與PL分析整體形貌與晶相,並測量I-V Curve及計算太陽電池效率。
由於Bulk-heterojunction結構中,奈米桿為電子傳導通路元件效能比bilayer好,故本實驗以氧化鋅奈米桿製備Hybrid太陽能電池。
我們發現在水熱法中,(1)種晶層厚度、(2)前驅物濃度可改變奈米桿間距,(3)水熱溫度可改變奈米桿長度,最好的成長條件為:噴霧裂解時間10分鐘之種晶層,再以水熱時間2小時,0.04M水熱溶液,水熱溫度90℃成長奈米桿(間距約為15nm、長度約210nm)有最佳的太陽能電池元件效能,符合文獻中提到太陽能電池中激子擴散長度10~20nm,奈米桿也以(002)優選晶向成長。相較之下,以噴霧裂解時間10分鐘之種晶層,製備的Bilayer Hybrid 太陽能電池,元件效能遠低於奈米桿結構元件。
最終,本研究中最佳ITO / ZnO / P3HT / PEDOT:PSS / Au Hybrid太陽能電池元件效能,光轉換效率為0.60 %。但在高分子與奈米桿interfacial方面仍需改善,以提升太陽能電池元件效能。
In this studies, we used hydrothermal method to grow the nanorods on the seed layer , then make it to be organic solar cell devices. We use XRD, SEM, & PL analyze the morphology and crystallinity, then measured the I-V curve and efficiency of solar cells.
In Bulk-heterojunction devices, use nanorods as acceptor was better than bilayer.
We found that (1) seed layer thickness, (2) hydrothermal concertration could change the interspace of nanorods, (3)hydrothermal temperature would influence the length, the in seed layer spray time 10 min, hydrothermal growth time 2hr, hydrothermal concertration 0.04M hydrothermal temperature 90℃, the nanorods exhibited the best efficiency of solar cells, it’s interspacing was 15nm, length 210nm and the nanorods revealed the strong (002) preferred orientation, and the efficiency of bilayer device was much smaller the nanorods type device.
The best efficiency in our ITO / ZnO / P3HT / PEDOT:PSS / Au structure solar cells was about 0.60%. In future the interface of polymer and nanorods need to improve, we hope that can enchance the efficiency of solar cells.
[1] 中國投資資訊網http://www.econet.com.cn/reports/2006159taiyangnengdianc.htm
[2] M. A. Green1, K. Emery, “Solar Cell Efficiency Tables (Version 27)“, Prog. Photovolt: Res. Appl. 14, 45 (2006).
[3] N. B. McKeown, “Phthalocyanine Materials”.
[4] 許嘉文,高效率有機/無機異質結構太陽能電池之探索,國立海洋大學(2006).
[5] H. Hoppea, N. S. Sariciftci , “Organic solar cells: An overview”, J. Mater. Res. 19, 7 (2004).
[6]“超高效率太陽能電池-從愛因斯坦的光電效應談起”, 物理雙月刊, 27, 701 (2005).
[7] C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, Adv. Funct. Mater. 11, 15 (2001).
[8] G. Yu, K. Parbaz, A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 64, 3422 (1994)
[9] H. Antoniadis, B. R. Hsieh, M. A. Abkowize, M. Stolka, S. A. Jenehke, Polym. Prepr. 34, 490 (1993).
[10] H. Antoniadis, B. R. Hsieh, M. A. Abkowize, S. A. Jenehke, M. Stolka, Synth. Met. 62, 265 (1994).
[11] W. RieB, S. Karg, V. Dyakonow, M. Meier, M. Schwoerer, J. Lumin.
60-61, 906 (1994).
[12] N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudl, Science 258, 1471 (1992).
[13] N. S. Sariciftci, D. Braun, C. Zhang, V. Srdanov, A. J. Heeger, G. Stucky, F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 62, 585 (1993).
[14] G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995).
[15] J. J. M. Halls, C. A. Walsh, N. C. Greenham, E. A. Marseglia, R. H. Friend, S. C. Moratti, A. B. Holmes, Nature 376, 498 (1995)
[16] G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995).
[17] K. M. Coakley, M. D. McGehee, Chem. Mater. 16, 4533 (2004).
[18] S. C. Veenstra, W. J. H. Verhees, J. M. Kroon, M. M. Koetse, J. Sweelssem, J. J. A. M. Bastiaansen, H. F. M. Schoo, X. Yang, A. Alexeev, J. Loos, U. S. Schubert, M. M. Wienk, Chem. Mater. 16, 2503 (2004).
[19] M. M. Mandoc, W. Veurman, L. J. A. Koster, M. M. Koetse, J. Sweelssen, B. de Boer, P. W. M. Blom, J. Appl. Phys. 101, 104512 (2007).
[20] C. Y. Kwong, A. B. Djurisic, P. C. Chui, K. W. Cheng, W. K. Chan, Chem. Phys. Lett. 384, 372 (2004).
[21] W. J. E. Beek, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Adv. Mater. 16, 1009 (2004).
[22] L. J. A. Koster, W. J. van Strien, W. J. E. Beek, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 17, 1297 (2007).
[23] W. J. E. Beek, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 16, 1112 (2006).
[24] P. Ravirajan, A. M. Peiro, M. K. Nazeeruddin, M. Graetzel, D. D. C. Bradley, J. R. Durrant, J. J. Nelson, J. Phys. Chem. B 110, 7635 (2006).
[25] W. U. Huynh, J. J. Dittmer, A. P. Alivisators, Science 295, 2425 (2002).
[26] B. Sun, E. Marx, N. C. Greenham, Nano Lett. 3, 961 (2003).
[27] B. Sun, H. J. Snaith, A. S. Dhoot, S. Westenhoff, N. C. Greenham, J. Appl. Phys. 97, 014914 (2005).
[28] K. M. Coakley, M. D. McGehee, Appl. Phys. Lett. 83, 3380 (2003).
[29] K. M. Coakley, Y. Liu, M. D. McGehee, K. L. Frindell, G. D. Stucky, Adv. Funct. Mater. 13, 301 (2003).
[30] S. R. Brian, T. L. Michael, Advances in Colloid and Interface Science 138, 1 (2008).
[31] P. A. van Hal, M. M. Wienk, J. M. Kroon, W. J. H. Verhees, L. H. Slooff, W. J. H. van Gennip, P. Jonkheijm, R. A. J. Janssen, Adv. Mater. 15, 118 (2003).
[32] L. H. Slooff, M. M. Wienk, J. M. Kroon, Thin Solid Films 451-452, 634 (2004).
[33] W. J. E. Beek, L. H. Slooff, M. M. Wienk, J. M. Kroon, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 15, 1703 (2005).
[34] R. D. Scurlock, B. Wang, P. R. Ogilby, J. R. Sheats, R. L. Clough, J. Am. Chem. Soc. 117, 10194 (1995).
[35] G. H. Gelinck, J. M. Warman, Chem. Phys. Lett. 277, 361 (1997).
[36] H. Neugebauer, C. Brabec, J. C. Hummelen, N. S. Sariciftci, Sol. Energy Mater. 61, 35 (2000).
[37] B. H. Cumpston, K. F. Jensen, Synth. Met. 73, 195 (1995).
[38] D. C. Olson, S. E. Shaheen, R. T. Collins, D. S. Ginley, J. Phys. Chem. C 111, 16670 (2007).
[39] D. C. Olson, J. Piris, R. T. Collins, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, Thin Solid Films 496, 26 (2006).
[40] A. M. Peiro, P. Ravirajan, K. Govender, D. S. Boyle, P. O’Brien, D. D. C. Bradley, J. R. Durrant, J. Nelson, J. Phys. Chem. 16, 2088 (2006).
[41] P. Ravirajan, A. M. Peiro, M. K. Nazeeruddin, M. Graztel, D. D. C. Bradley, J. R. Durrant, J. Nelson, J. Phys. Chem. 110, 7635 (2006).
[42] P. Ravirajan, S. A. Haque, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, J. Nelson, Adv. Funct. Mater. 15, 609 (2005).
[43] D. C. Olson, Yun-Ju Lee, M. S. White, N. Kopidakis, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, J. A. Voigt, J. W. P. Hsu, J. Phys. Chem. C 111, 16640 (2007).
[44] S. Gunes, H. Neuqebauer, N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 107, 1324 (2007).
[45] S. Jenekhe, X. L. Chen, Science 279, 1903 (1998).
[46] G. Hadziioannou, F. von Hutten, Eds., Semiconducting Polymers, Wiley-VCH, Weinheim (2000).
[47] N. S. Sariciftcim S. S. Sun, Organic Photovoltaics, Taylor & Francis, London (2005).
[48] M. T. Rispens, L. Sanchez, E. H. A. Beckers, P. A. van Hal, A. Schenning, E1-ghayoury, E. Peeters, B. Meijer, R. Janssen, J. C. Hummelen, Synth. Met. 135, 801 (2003).
[49] D. C. Olsa, J. Piris, T. R. Collins, S. Shaheen, D. Ginleym, Thin Solid Films 496, 26 (2006).
[50] A. Tracz, J. K. Jeszka, M. D. Watson, W. Pisula, K. Mullen, T. J. Pakula, Am. Chem. Soc. 125,1682 (2003).
[51] C. T. Barry, M. J. F. Jean, Angew. Chem. Int. Ed. 47, 58, (2008)
[52] K. M. Coakley, M. D. McGehee, Chem. Mater. 16, 4533 (2004)
[53] R. S. Loewe, P. C. Ewbank, J. Liu, L. Zhai and R. D. McCullough,
Macromolecules 34, 4324 (2001).
[54] R. D. McCullough, United States Patent 6 166, 172 (2000).
[55] A. Pivrikas, N. S. Sariciftci, G. Juska, R. Osterbacka, Prog.Photovolt. 15, 677 (2007).
[56] H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Herwig, D. M. Leeuw, Nature 401, 685 (1999).
[57] C. W. Bunn, Proc. Phys. Soc. London 47, 835 (1935).
[58] 李嗣涔, 管傑雄, 孫台平, 三民書局, (2005)
[59] 許樹恩, 吳泰伯, “X光繞射原理與材料結構分析”, 中國材料科學學會 修訂版 (1994).
[60] C. Jagadish, S. Pearton, Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures, Elsevier (2006).
[61] H. Zhang, D. Yang, S. Li, X. Ma, Y. Ji, J. Xu, D. Que, Mater. Lett. 59, 1696 (2005).
[62] N. W. Emanetoglu, C. Gorla, Y. Liu, S. Liang, Y. Lu, Mater. Sci. Semiconductor Process. 2, 247 (1999).
[63] V. A. Coleman, J. E. Bradby, C. Jagadish, P. Munroe, Y. W. Heo, S. J. Pearton, D. P. Norton, M. Inoue, M. Yano, Appl. Phys. Lett. 86, 203105 (2005).
[64] V. A. Coleman, J. E. Bradby, C. Jagadish, P. Munroe, M. R. Phillips (unpublished).
[65] A. Umar, B. Karunagaran, E-K. Suh, Y. B. Hahn, Nanotechnology 17, 4072 (2006).
[66] H. Q. Le, S. J. Chua, Y. W. Koh, K. P. Loh, Z. Chen, C. V. Thompson, E. A. Fitzgerald, Appl. Phys. Lett. 87,101908 (2005).
[67] M. Guo, P. Diao, S. Cai, Journal of Solid State Chemistry 178, 1864 (2005).
[68] Y. Sun, N. George Ndifor-Angwafor, D. Jason Riley, M. N. R. Arshfold, Chemical Physics Letters 431, 352 (2006).
[69] X. Liu, X. Hu, H. Cao, R. P. H. Chang, J. Appl. Phys. 95, 3141 (2004).
[70] K. Vanheusden, C. H. Seager, W. L. Warren, D. R. Tallant, J. A. Voigt, A. Appl. Phys. Lett. 68, 403 (1996).
[71] A. Van Dijken, E. A. Meulenkamp, D. Vanmaekelbergh, A. Meijerink, J. Phys. Chem. B 104, 1715 (2000).
[72] Q. X. Zhao, P. Klason, M. Willander, H. M. Zhong, W. Lu, J. H. Yang, Appl. Phys. Lett. 87, 211912 (2005).
[73] D. Li, Y. H. Leug, A. B. Djuriši , Z. T. Liu, M. H. Xie, S. L. Shi, S. J. Xu, W. K. Chan, Appl. Phys. Lett. 85, 1601 (2004).
[74] M. Gomi, N. Oohira, K. Ozaki, M. Koyano, Japan. J. Appl. Phys. 42, 481 (2003).
[75] W. M. Kwok, Y. H. Leung, A. B. Djuriši , W. K. Chan, D. L. Phillips, Appl. Phys. Lett. 87, 093108 (2005).
[76] Y. Sun, N. G. Ndifor-Angwafor, D. J. Riley, M. N. R. Ashfold, Chem. Phys. Lett. 431, 352 (2006).
[77] J.-J. Wu, S.-C. Liu, Adv. Mater. 14, 215 (2002).
[78] T. Okada, B. H. Agung, Y. Nakata, Appl. Phys. A 79, 1417 (2004).
[79] L. Vayssieres, Adv. Mater. 15, 464 (2003).
[80] S. Yamabi, H. Imai, J. Mater. Chem. 12, 3773 (2002) .
[81] Q. Li, V. Kumar, Y. Li, H. Zhang, T. J. Marks, R. P. H. Chang, Chem. Mater. 17, 1001 (2005).
[82] 統計生活網
http://web.thu.edu.tw/wenwei/www/cgi/index.html
[83] L. Yayssieres, K. Keis, S. E. Lindquist, A. Hagfeldt, J. Phys. Chem. B 105, 3350 (2001).
[84] M. Guo, P. Diao, S. Cai, J. Sol. Sta. Chem. 178, 1864 (2005).
[85] C. Winder, N. S. Sariciftci, J. Mater. Chem. 14, 1077 (2004).
[86] Y. Y. Lin,T. H. Chu, C. W. Chen, W. F. Su, C. C. Lin, C. H. Ku, J. J. Wu, C. H. Chen, Proc. of SPIE 6656, 66560B-1 (2007).
[87] J. E. Kroeze, T. J. Savenije, M. J. W. Vermaeulen, J. M. Warman, J. Phys. Chem. B 107, 7696 (2003).