第三章 結果與討論
3.8 太陽能電池元件之 I-V 特性及效率探討
3.8.2 活化層材料及其退火條件對元件之 I-V 特性
3.8.2.5 使用不同溶劑系統對元件特性影響
3.8.2.5 使用不同溶劑系統對元件特性影響
在高分子本體異質結太陽能電池元件中，元件各層間之表面形態對 元件效率有極大的影響，2008 年 Yang Yang 提出混合溶劑對奈米尺度相 分離的效應方面的研究[107]，發現使用混合溶劑系統確實可以改變活化層 中 n-type 與 p-type 材料間聚集的情形，進而增進元件效率；選擇添加溶 劑時，要符合以下條件：(1)一定要與主要溶劑完全相溶。(2)在室溫中，
蒸氣壓比主要溶劑低。(3)常壓下，添加溶劑之沸點須較主要溶劑高。本 實 驗 根 據 上 述 條 件 選 擇 添 加 1,8-octanedithiol (OT) 至 主 要 溶 劑 o-dichlorobenzene (DCB)中，觀察不同溶劑系統中元件特性的變化。圖 3.76 為元件結構為 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al，活化層材料於不同 溶劑系統中，固定退火溫度為150℃及退火時間 30 min 時元件之 I-V 曲 線，其元件特性整理於表3.12。由圖表可發現添加 OT 於 DCB 後，元件 之Voc由0.195 V 增加至 0.215 V、Jsc從0.994 mA/cm2變成1.424 mA/cm2、 FF 值也增加了 1.28%，透過 OT 的添加使得元件效率增加約 44%左右。
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0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
-1.5
圖3.76 不同溶劑系統於 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 元件結構中 之I-V 曲線
表3.12 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 元件結構於不同溶劑系統之 I-V 特性
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3.8.3 使用不同 Optical spacer layer 材料對元件之 I-V 特性影響
為了瞭解不同Optical spacer layer 材料對元件之 I-V 特性影響，固定 元件結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Optical spacer/Al，除了 Optical spacer layer 外，元件製程條件完全一致。圖 3.77 為不同 Optical spacer layer 材料對元件之 I-V 特性曲線，可由此計算出元件參數及其效率，如表 3.13。由圖表發現添加 Optical spacer layer 後，雖然 Voc值降低，但Jsc值 卻大幅上升，使得元件效率得到提升的效果。比較 TiO2 及 TiOx 當作 Optical spacer layer 材料對元件的影響發現，使用 TiO2當作Optical spacer layer 材料時元件效率較無添加 Optical spacer layer 時高出 27%，使用 TiOx 當作Optical spacer layer 材料時，也讓元件效率增加了 6.5%，推測原因 可能為TiO2之Eg 較 TiOx低，使得電子電洞較容易傳導。
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ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Optical spacer/Al 元件中之 I-V 特性及 其效率
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第四章 結論
本論文重點為製備高分子本體異質結太陽能電池構造層各層之材 料，依照構造層分類如下：(1)電洞傳輸層:PDPA 及 PTPA; (2)活化層 p-type 材料:PFO、MEH-PPV 及 PVK; (4) 活化層 n-type 材料:CdSe 及 CdSe-PVK;
1. 改變電洞傳輸層材料:以 ITO/HTL/P3HT:PCBM/Al 為元件構造，分別 使用 PDPA:DBSA、PTPA:DBSA 及 PEDOT:PSS 作為電洞傳輸層材料，
量測其元件特性曲線後發現使用 PDPA:DBSA 與 PEDOT:PSS 之元件 效率相當，但 PTPA:DBSA 之 Voc偏低導致其效率表現不佳。
2. 改變活化層 p-type 材料:以 ITO/PEDOT:PSS/p-type polymer:CdSe-PVK /Al 為元件構造，分別使用 P3HT、PFO、MEH-PPV 及 PVK 作為 p-type 材料與 CdSe-PVK 混摻，在活化層未退火的狀況下比較後發現，以 P3HT:CdSe-PVK 當作活化層材料其效率表現最佳。
3. 改變活化層 n-type 材料:使用 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:n-type material/Al 作為元件構造，分別使用 CdSe 及 CdSe-PVK 作為 n-type 材料與 P3HT
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混摻，在活化層未退火的狀況下比較後發現，以 P3HT:CdSe-PVK 當 作活化層材料其效率表現較佳，表示 CdSe 經過改質後確實可提升元 件效率。
4. 探 討 最 佳 退 火 條 件 ： 利 用 UV-Vis 、 PL 、 AFM 及 TEM 觀 察 P3HT:CdSe-PVK 於 不 同 退 火 條 件 下 所 表 現 出 來 的 特 性 ， 並 以 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 作為元件構造，發現當退火條件 為 150℃, 30min 時，有最佳的效率值 0.059%。
5. 溶劑的影響：以 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 作為元件構造，
分別以 DCB 及 DCB+OT 作為溶劑，得到使用 DCB+OT 當作活化層溶 劑時，效率增加了約 44%。
6. Optical spacer layer 的影響: 以 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/optical spacer layer/Al 作為元件構造，比較添加 TiO2及 TiOx當作 optical spacer layer 之影響發現，無論添加 TiO2或 TiOx當作 optical spacer layer 材料 皆可使效率提高，又以 TiO2作為 optical spacer layer 材料時表現較為 優異。
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參考文獻
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