第三章 實驗與方法
3.6 元件製作、成膜、組裝
3.6 元件製作、成膜、組裝
太陽能電池元件製作加工方式，主要為薄膜加工及表面處理。其關 鍵為製作鈣鈦礦功能性薄膜、金屬電極及ITO 透明導電膜級保護膜的技 術。製作鈣鈦礦功能性薄膜分為濕式加工法及乾式加工法兩種；一般製 作固態鈣鈦礦型太陽能電池元件時，通常使用的是濕式加工法中的旋轉 塗佈(Spin coating)或噴墨技術(Ink-jet printing)，搭配乾式加工的真空蒸鍍 方式製作元件，本研究使用之元件結構及製作流程如圖3.1 及圖 3.2 所示 [67,68]。
圖3. 1 元件製作層剖面圖
54
圖3. 2 元件製作流程圖
3.6.1 ITO 玻璃基板之清洗
鈣鈦礦型太陽電池元件的壽命及效率與當作陽極的ITO 玻璃表面有 很大的關係，因為表面的汙染會造成其與鈣鈦礦薄膜間接觸不良導致其 界面勢壘增加及吸光機率降低。
1. ITO 玻璃清洗步驟如下：
(1)將 ITO 玻璃切割成面積為 3 cm × 3 cm 大小。
(2)將 ITO 玻璃置於丙酮中以超音波震盪 20 min。
(3)將 ITO 玻璃置於中性清潔劑中以超音波震盪 20 min。
(4)將 ITO 玻璃以大量去離子水沖洗。
(5)將 ITO 玻璃置於去離子水中以超音波震盪 20 min。
(6)將 ITO 玻璃置於丙酮中以超音波震盪 20 min。
(7)將 ITO 玻璃置於甲醇中以超音波震盪 20 min。
55
(8)將 ITO 玻璃置於異丙醇中以超音波震盪 20 min。
(9)保存於異丙醇中，使用前以氮氣吹乾即可。
3.6.2 電子傳輸層
本研究以市售之TiO2做為電子傳輸層材料，TiO2其電子遷移率高，
能增加電荷傳輸到電極，且為寬能隙材料，能有效抑制激子擴散到電極，
以減少電子電洞對復合。此溶液以旋轉塗佈法式塗佈於ITO玻璃上，以 旋轉塗佈機5000 rpm旋轉10s後，置於50℃的烘箱上軟烤10 min將溶液去 除，即可進行活性層的塗佈，其厚度約為80 nm。
3.6.3 光吸收層
在光吸收層的溶液配製方面，溶劑的選擇及材料濃度比例佔有很重 要的地位，因為不同溶劑之溶解參數(solubility parameter)和蒸氣壓(vapor pressure)，對溶質之溶解度和揮發速率有不同的影響，黏度亦扮演其中 之一的角色。本實驗元件製作活性層材料為自行合成的P1、P2、P3。
活性層主要使用N,N -dimethylformamide (DMF)為溶劑來進行溶液 之配製，並分別以1500 rpm、30 s 的條件於電洞傳輸層上方進行旋轉塗 佈，厚度約為100 nm。本研究將分別探討不同樣品其塗佈層數及退火溫 度對效率的影響[69]。
56
3.6.4 電洞傳輸層
P3HT的全名為聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexyl thiophene, P3HT))，
P3HT 具有高的電洞遷移率 (hole mobility) (可高達 0.1 cm2 V -1S-1) 與 良好的穩定度。這類共軛高分子的立體規則性 (regioregularity) 對於 所製備的元件效率非常重要，具有高立體規則性的 P3HT 往往會有較高 的元件效率，但是其製備過程比較複雜，反應生成率較低，成本較高。
本研究採用市售的P3HT(20 mg)粉末與Chloobenzene anhydrous溶劑 (100 c.c.)混合成溶液，經由旋轉塗佈於試片上，使有機薄膜可以均勻的 塗佈，增加接面間的接觸，使激發電子可以在電流迴路中更加順暢。
3.6.5 金屬電極(Al)
當上述鈣鈦礦薄膜皆藉由旋轉塗佈製備完成後，以耐熱膠帶固定元 件於遮罩上，使元件面積為0.04 cm2，如圖 3.3，並於 10-6 atm 下蒸鍍金 屬鋁，以石英震盪器控制膜厚為100 nm。
57