2-1 實驗藥品與溶劑
本實驗所有藥品採購自 TCI、Alfa Aesar、Fluka、Acros、Showa、
Nano-C、H. C. Starck、Rieke Metals、Aldrich、Sigma-Aldrich 公司，
不經純化而直接使用。
表六、實驗所用之化學藥品
Azobisisbutyronitrile, AIBN 購自 TCI
Bis(trimethylsilyl) sulfide, (TMS)2S 購自 Alfa Aesar Cadmium nitrate, Cd(NO3)2 購自 Fluka
Dodecanethiol 購自 Acros
Hexadecanethiol 購自 Acros
Hexadecyltrimethyl ammonium bromide, CTAB 購自 Acros
Hydrochloric acid, 37 % 購自 Sigma-Aldrich Hydrogen tetrachloroaurate (III) trihydrate,
HAuCl4˙3H2O 購自 Acros
Lead oxide, PbO 購自 Acros
Oleic acid 購自 Showa
[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester,
PCBM 購自 Nano-C
Polyethylene dioxythiophene doped with
Polystyrenesulfonic acid , PEDOT:PSS (AI4083) 購自 H. C. Starck Poly(3-hehylthiophene), P3HT 購自 Rieke Metals
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本實驗所有溶劑採購自 J. T. Baker、Showa、Mallinckrodt、
Aldrich、TEDIA 公司，而溶劑皆可直接使用，不需除水。
表七、 實驗所用之化學溶劑
Sodium sulfide nonahydrate, Na2S˙9H2O 購自 Aldrich Sodium bromohydride, NaBH4 購自 Acros Tetraoctylammoniumbromide,TOABr 購自 Acros Vinyltriethoxysilane 購自 Alfa Aesar
Acetone, 丙酮 購自 J. T. Baker Acetonitrile (CH3CN), 乙腈 購自 J. T. Baker n-Butanol, 正丁醇 購自 J. T. Baker
Chloroform, 氯仿 購自 Showa
Dichloromethane (DCM), 二氯甲烷 購自 Mallinckrodt 1,2-Dichlorobenzene (O-DCB), 鄰-二氯苯 購自 Aldrich N,N-Dimethylformamide (DMF), N,N-二甲基甲醯
胺
購自 Mallinckrodt
Ethanol, 乙醇 購自 J. T. Baker
Hexanes, 己烷 購自 Mallinckrodt
Methanol, 甲醇 購自 J. T. Baker 1-Octadecene, 1-辛烯 購自 Acros
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2-2 實驗儀器
1. 核磁共振光譜儀 (Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer; NMR) 利用 Bruker AV400 型、Bruker AV500 型之核磁共振所測得之1H、
13C、19Si NMR 光譜鑑定化合物及純度。作法是將未知樣品溶於
d-chloform 中，藉由化學位移的位置推測未知物的分子結構，其中化 學位移單位為 ppm，偶合常數單位為 Hz，而圖譜標示以 s 代表單分 裂 (singlet)；d 代表雙分裂 (doublet)；t 代表三分裂 (triplet)；m 代表 多重分裂 (multiplet)。
2. 元素分析儀 (Elemental Analysis, EA)：
利用 Perkin-Elemer 2400 CHN 型 EA，以燃燒方式將化合物轉為 簡單氣體，如：二氧化碳、水或二氧化氮，加以分離再測量其熱傳導 函數，得化合物中碳、氫、氮之各元素比例 (圖譜由中央研究院化學 所元素分析實驗室執行)。
3. 紫外光-可見光光譜儀 (UV-Vis Spectrophotometer; UV-Vis)
利用 Hewlett-Packard 8453 型之紫外-可見光光譜儀量測材料吸收 特性。將奈米粒子溶於 CHCl3中，填入石英管中並量測其最大吸收波 長與起始吸收波長，測量波長範圍為 200-800 nm。薄膜是將 sample n-Pentane, 正戊烷 購自 J. T. Baker 2-Propanol, 2-異丙醇 購自 Aldrich
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旋轉塗佈在 ITO/PEDOT:PSS 玻璃上，進行量測。
4. 紫外光-可見光-近紅外光光譜儀 (UV-Vis-Near IR Spectrophotometer; UV-Vis-NIR)
利用 Landa 900 型之紫外光-可見光-近紅外光光譜儀量測材料吸 收特性。將硫化鉛奈米粒子溶於 CHCl3中，填入石英管中並量測其最 大吸收波長與起始吸收波長，測量波長範圍為 400-1400 nm。
5. 質譜儀 (Mass Spectrometer; MS)
利用 JMS-700 double focusing mass spectrometer (JEOL, Tokyo, Japan)，以 10 kV 的操作電壓加速氙 (Xenon, Xe)，在基質為 3-硝基苯 甲醇 (3-nitrobenzyl alcohol) 條件下，以 EI (electron ionization)或是
MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption inoization-time of flight mass spectrometry) 為游離方式測量其分子量 (圖譜由中央研究院化 學所質譜分析實驗室代測)。
6. 光電子光譜儀 (Photoelectron Spectrometer; AC-2)
使用 Riken-Keiki PT5-0210 型低能量光電子光譜儀，將固體化合 物平鋪在特定的容器或坡璃上，以氘燈 (deuterium lamp) 當光源，利 用光柵單光器以連續光波長變化將光子撞擊在待測化合物上，若光子 的能量恰好等於化合物的游離能 (ionization potential；IP)，而使化合 物釋放出光電子，則偵測器會偵測到此光電子，再將所得訊號經由控
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制器轉化輸出到電腦。橫座標為游離出光電子的能量 (起始能量為此 光電子再分子軌域中的位能)，縱座標為光電子強度，兩切線交點，
即為材料 HOMO 能階所在(圖三十四為光電子光譜儀量測原理)。
圖三十四、光電子光譜儀量測原理67 7. 循環電位儀 (Cyclic Voltametry；CV)
利用 Electrochemical Analyzer BAS 100B 型 CV，以 0.1 M tetrabutylammonium perchlorate (TBAClO4) 的 DCM、DMF、CH3CN 為電解液，其中 POSS-SC16、CdS-SC12、PbS-OA、Au-SC12選用溶劑 為 DCM，CdS-SPh 選用溶劑為 DMF，P3HT 則是選用 O-DCB 溶掉，
吸取 P3HT 滴在工作電極上，使其揮發後形成薄膜，在選用溶劑 CH3CN，在氮氣去氧去水之狀態下進行化合物之氧化還原電位之檢 測，並利用三電極系統，白金電極為工作電極 (working electrode)、
Ag/Ag+為 參 考 電 極 (reference electrode) 、 白 金 絲 為 輔 助 電 極 (auxiliary electrode)，掃描速率為 0.1 V/s。
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8. 螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrophotometer；PL)
利用 Hitachi F-4500 型螢光光譜儀，量測材料放光時特性。薄膜 是將 sample 旋轉塗佈在 ITO/PEDOT:PSS 玻璃上，進行量測。
9. X-射線繞射儀 (X-ray Diffraction； XRD)
利用 Philiphs X’Pert 型 X-射線繞射儀，其利用經高電壓加速之電 子束撞擊陽極標靶產生特徵線 ，同時伴隨射出特徵 X 光子或歐傑電 子 (auger electron) ， 對 於 前 者 所 形 成 之 光 譜 則 稱 為 特 性 光 譜 (characteristic spectrum)，而藉由特性光譜的出現，可以進行晶體結構 與成份分析。薄膜是將 sample 旋轉塗佈在 ITO/PEDOT:PSS 玻璃上，
進行量測。
10. 穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope；TEM) 穿透式電子顯微鏡是利用高能電子束 (一般在 100 kev-1 Mev) 穿透厚度低於 100 nm 以下的薄詴片樣品。電子術和詴片的各種原子 晶格產生不同程度的散射及繞射現象，散射後的電子以不同路徑通過 後續的透鏡和透鏡光圈，形成明暗對比影像，再藉由螢光板或是 CCD 來呈現微結構影像。製作樣品上，將欲觀察的 sample 溶於溶劑中，
吸取適量 sample 滴在鍍有碳膜的銅網上，溶劑揮發後，即可量測 (本 儀器由中研院化學所助理莊耀瑛小姐操作量測)。
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11. 原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy； AFM)
本實驗使用 Veeco 廠牌，型號為 Nanoscope V。其原理是利用 xy 壓電移動平台，使微細的探針在樣品表面來回掃描偵測並且利用 回饋迴路控制探針在 z 方向上的位置。當探針接觸到樣品表面時，探 針與樣品表面的作用力會造成懸臂簧片之微小偏曲，並將此偏曲訊號 轉換成電流，輸入回饋迴路，可得到樣品的表面形貌。薄膜是將 sample 旋轉塗佈在 ITO/PEDOT:PSS 玻璃上，進行量測 (本儀器由中研院化 學所助理莊耀瑛小姐操作量測)(圖五十為原子力顯微鏡的示意圖)。
圖三十五、原子力顯微鏡的示意圖68 12. 太陽光模擬器 (Solar Simulator)
本實驗所使用的系統是由美商理寶所提供之陽光模擬器 (Class A 等級;功率 300W) 標準光源為基礎所建構而成，如圖三十六所示，
量測器使用 Keithley 2400 電流電壓計，並以自行編寫的 Labview 程 式以 GPIB 通訊連接測詴座直接量測元件特性，而系統光源校正是以
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美國再生能源中心 (National Renewable Energy Laboratory; NREL)所 提供的標準詴片調整誤差以達到國際規範(圖三十六為太陽光模擬系 統)。
圖三十六、太陽光模擬系統
13. 光電轉化效率測定儀 (IPCE Measurement)
光電轉化效率測定儀如圖三十七所示，由多個部份組裝而成，主 要 可 分 為 光 源 、 單 光 儀 (monochromator) 、 鎖 相 放 大 器 (mode locking)、斬波器 (chopper)。光源經過單光儀分出一特定波長的光，
經過斬波器將此特定波長的光轉為一特定頻率的光訊號，照射在光感 器上，並用鎖相放大器讀取此頻率的電訊號，以計算出光的功率，再 將特定頻率光訊號照射在元件上，用鎖相放大器取得元件的電流值，
最後再經由量測程式計算出外部量子效率。
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圖三十七、光電轉化效率測定儀量測系統 14. 薄膜應力量測系統
利用 Veeco Dektak 150 型薄膜應力量測系統，利用探針與詴片表 面接觸，以固定的探針壓力和移動速率掃瞄詴片表面，來獲得詴片的表 面高度的變化以量測薄膜厚度。
15. 熱蒸鍍機 (Thermal Evaporation)
圖三十八為本實驗室熱蒸鍍機結構示意圖，分為三個主要構造
，真空系統、蒸鍍腔體、膜厚偵測系統。真空系統由油封幫浦與油氣 擴散幫浦所構成，油封幫浦可將蒸鍍腔體內壓力降至 10-2 torr~10-3 torr 的範圍，油氣擴散幫浦可接續工作將蒸鍍腔體壓力降至 10-6 torr，在 此低壓下可使金屬蒸鍍在材料上。
蒸鍍腔體內含有三組由銅柱組成的加熱源及一組由石墨構成的 加熱源，可將欲蒸鍍的材料放在鎢舟內鎖在銅柱上，以大電流流過鎢
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舟，利用熱電阻效性加熱材料，也可以將材料放入石英管內使用石墨 加熱材料。膜厚偵測系統由石英晶體震盪片與膜厚儀所組成，材料氣 化之後附著在石英晶體，利用石英晶體的壓電效應來感知鍍率，膜厚 儀將鍍率成上時間計算出材料厚度。
圖三十八、熱蒸鍍機的示意圖 16. 手套箱 (Glove Box)
對於氧氣氣或水氣敏感的化學藥品，可利用手套箱的環境來進行 保存。實驗當中由於有機主動層 (active layer) 對水氧較敏感，因此 在手套中裝置了一台旋轉塗佈機，讓主動層的製程環境更加良好。手
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套相的結構包含大小前置箱，觸媒槽，真空幫浦，橡膠手套等。
大前置箱 小前置箱
真空幫浦
觸媒槽
壓力讀表 計時器
手套
圖三十九、手套箱構造圖
17. 太陽能電池光電性質的量測
元件的電性分析包括無照光下與有照光下的電壓電流反應、以及 IPCE 的量測。將製備好的元件放置於置具中，先以鋁鉑包住整個量 測治具，使之處於完全無照光環境，量測-1 V 至+1 V 之電壓暗電流 (dark current) 特性。再將量測治具置放於太陽光模擬器光源下 5 公 分，以水平儀校正，確認元件與入射光源垂直，移開光源檔板使元件 處於 100 mW/cm2 AM 1.5 的照光環境下，量測其-1 V 至+1 V 之電壓 光電流特性曲線，即完成量測。
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將置具固定在單光儀出光處，將元件正負極接至鎖相放大器，設 定斬波器為 250 Hz，同時控制鎖相放大器接收 250 Hz 的電流訊號，
同時運算出不同波長下的光子數與載子數比例，及完成 IPCE 量測。
18. 飛行時間法系統 (Time-of-Flight System)
系統在架構上可分成四個主要部份：雷射光源系統(dye laser system)、雷射光路徑(optical path)、電源供應系統(power source)及真 空量測載台(sample holder and oscilloscope)，如圖四十所示。
圖四十、時間暫態載子飛行量測系統
TOF 量測詴片結構類似於單層有機發光二極體，有機材料由二個 非注入性 (blocking) 的半穿透半反射電極所包覆，材料所需之最佳 量測厚度是由吸收特性所決定，一般而言厚度大約為 1 µm 左右以提 供載子足夠的距離傳輸。在標準的 TOF 標準量測流程中，首先我們 必需得知待測物之吸收頻譜，以做為調整脈衝式 (pulse laser) 雷射光 源波長基準，當電射光激升 (pumping) 有機材料，此時電子電洞對
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(hole/electron pair) 將被激發於靠近 Al 電極處，若將元件施以順向偏 壓，電洞將從 Al 電極處漂移至 ITO 電極，此時我們可利用高頻示波 器跨接在外部電阻迴路讀取電壓訊號分析出電洞載子傳輸速率，同理 對於量測電子載子傳輸速率，我們只需使用相同方法改變施加偏壓及 可 (本儀器由中研院化學所劉舜維學長操作量測)。
2-3 實驗步驟
2-3-1 POSS-SC16之合成
Octavinyl polyhedral oligomeric silsesquioxane (OvPOSS)69
將起始物vinyltriethoxysilane
(50 mL, 0.237 mol) 加入 600 mL 甲 醇中，再加入 50 mL 的濃鹽酸，劇烈攪拌 24 小時後，以濾紙過濾，
將起始物vinyltriethoxysilane