2-2 實驗藥品
1. Hydrogen tetrachloroaurate(Ⅲ)
分子式: HAuCl
4·3H2O 分子量: 393.83 純度: 49.0% as Au 製造商: Sigma-Aldrich2. Hexadecyltrimethylammonium bromide(CTAB)
分子式: CH3(CH2)15N(CH3)3Br 分子量: 364.45 純度: 98% 製造商: Alfa-Aesar
3. Sodium borohydride
分子式: NaBH
4 分子量: 37.83 純度: ≧ 98.0% 製造商: Aldrich4. Trisodium citrate dihydrate
分子式: Na
3C6H5O7 分子量: 294.1熔點: 300℃ 製造商: Sigma-Aldrich
5. Ascorbic acid (AA)
分子式: C6H8O6 分子量: 176.12
熔點: 238℃ 製造商: Rieke Metals
8. [6,6]-phenyl-C
61-butyric acid methyl ester (PCBM)
分子式: C
72H14O2 分子量: 910.88純度: 99.5% 製造商: Nano-C
9. sodium hydroxide (NaOH)
分子式: NaOH 分子量: 40
純度: 97% 製造商: SHOWA
2-3 實驗儀器
穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope，TEM) 廠牌、型號: FEI，TECNAI1G2 操作電壓: 200 keV.
掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope，SEM) 廠牌、型號: JEOL， JSM-6500F
原理及功能簡介: 電子束經電子槍射出後，由約 0.2~40 kV 的電壓加速後經 過三個電磁透鏡所組成的電子光學系統，使電子束聚集而照射至試片表 面。經由掃描線圈使電子數產生偏折，使其對試片表面做二度空間的掃描，
此掃描動作與陰極射線管 (CRT) 上的掃描動作同步。電子束與試片相互作
能量散佈光譜儀 (Energy Dispersive Spectrometer，EDS) 廠牌、型號: Oxford Instrument 7557
原理及功能簡介: 以 X 光能量激發半導體晶體中的電子-電洞對，將所得的
紫外光-可見光-近紅外光光譜儀 (Near IR-Ultraviolet-visible Spectroscope) 廠牌、型號: Hitachi，U4100
原理及功能簡介: 藉以量測材料對限定範圍內不同波長的光吸收、反射及穿
透情況，來鑑定分子鍵結、結構或分析其光學性質。
真空烘箱 (Vacuum Drying Oven) 廠牌、型號: Channel，VO-30L
模擬太陽光源 (AM1.5G irradiation (100 mW cm-2
))
廠牌、型號: Nespot，66902-150W Xenon Lamp Solar Simulator
原理及功能簡介: 由於自然的太陽光源會受到各種因素所干擾，所以使用模 擬太陽光源可以將實驗參數固定在相同的條件下。利用氙氣燈搭配透鏡可 以模擬出光源頻譜強度為 AM1.5 且均勻穩定的光源。
光強度偵測器
廠牌、型號: OPHIR Thermalpie
原理及功能簡介: 利用熱感應方式，定量光的強度，用來搭配模擬太陽光
外部量子效率量測 (External Quantum Efficiency，EQE)
使用 SPF50 光譜儀量測，並以 si cell 校正 300-1600 nm 波段的光，以 Ge cell 校正 1060-1800 nm 波段的光。
表面輪廓儀 (Surface Profiler) 廠牌、型號: Veeco，Dektak 150
原理及功能簡介: 表面輪廓儀又稱 alfa-step，一般用來量測薄膜厚度。常應 用在量測金屬蝕刻深度、光阻徒步厚度、半導體化合物元件後度以及觀察 薄膜成膜性質與缺陷等等。表面輪廓儀是由二維平台、鑽石探針、LVDT、
高放大倍率照相機和電腦控制系統所組成。鑽石針頭輕掠過試片表面，將 試片表面粗糙度轉換成探針的垂直移動，透過 LDVT (Linear Variable Differential Transformer) 產生電子類比訊號，經由類比-數位轉換器將類比 訊號轉換成數位訊號，傳送至電腦系統得到訊號圖，最後利用軟體作掃描 數據分析，可得到薄膜表面的資訊。
樣品製備:將薄膜以鋒利的刀片用力劃一刀刮除即可。
2-4 實驗方法
2-4-1 合成八面體金奈米粒子 (30 及 50 nm)[36]
以水熱法合成八面體的金奈米粒子。取一 22.5 ml 的耐熱小玻璃瓶，加 入 9.7 mL 的去離子水，再將 55 mg 的 CTAB 溶於水中，當 CTAB 全溶於水 中時整個溶液呈透明無色。再取 250 μL 的 0.01 M HAuCl4，加入剛配好的 CTAB 水溶液中，混合均勻後，再將 50 μL 的 0.1 M trisodium citrate 加入此 溶液中，並把小玻璃瓶的鐵弗龍蓋子旋緊。最後配好的溶液其 CTAB 濃度 約為 1.51×10-2 M。將加熱烘箱設定至 110
C，當烘箱內的溫度達到 110 C
時，在將玻璃瓶至入烘箱內加熱，由於溶液怕光，所以在外層需包覆鋁箔 紙。加熱時間約為 6 小時 (大小約 30 nm) 溶液顏色為粉紅色、12 小時溶液 呈現鮮紅色 (50 nm)。之後，讓玻璃瓶冷卻至室溫。為了移除多餘的 CTAB 界面活性劑，我們將玻璃瓶內溶液轉移至離心管，以 6000 rpm，離心 20 分 鐘。將懸浮液吸出，沉澱物以去離子水覆溶並再次離心，以水洗沉澱約 2 次。最後將沉澱物(八面體金奈米粒子)溶於去離子水中儲存。2-4-2 合成金奈米柱
[37-39]± 0.7 nm，且 CTAB 在這裡作為 capping agent。此 seed particles 需儲存在 25 ℃的環境中，反應完畢 3 小時後才可做後續的合成實驗，其目的是讓多 餘的 borohydride 可被水分解。此 seed particles 在 25 ℃的環境中可穩定保存 兩週。
2. Growth solution 的配製
取 CTAB 3.6446 g 溶於 97.5 ml 的去離子水中，再加入 0.01 M HAuCl4
2500 μL，配製出 2.5×10-4 M 的 HAuCl4溶液，溶液顏色為金黃色。
3. 合成 gold nanorods(length: 300 ± 15 nm, diameter:15 nm, AR:18~21)
利用三步晶種成長法合成 gold nanorod，準備兩個 7 mL 和一個 100 mL 的反應瓶，分別標示 A、B、C。先將 54 mL 的 growth solution 至於 C 反應 瓶中，再加入300 μL 的 0.1 M AA 弱還原劑( AA 水溶液需現配，其還原能 力約 20 分鐘後會減弱)，攪拌均勻後，溶液從金黃色變透明無色。再加入400 μL 的 0.1 M HNO3，調整其 pH 值。分別取 4.5 mL 至 A、B 反應瓶中，
全程反應條件控制在 25 ℃的環境下。將 seed particles 取 400 μL 注入 A，
慢慢的搖晃至溶液呈淡粉紅色(約 3 sec)後，再快速取出 A 溶液 400 μL 於 B 反應瓶中，一樣慢慢搖晃至 B 溶液呈淡粉紅色(約 5 sec)後，再快速從 B 中 取出 4 mL 於 C 反應瓶中，慢慢搖晃 C 反應瓶，使溶液呈淡粉紅色(約 5 sec) 後，停止搖晃，靜置 12 小時讓反應完全。反應完全後，C 溶液內大多為圓 球狀的金奈米粒子，和少量的金奈米三角板及奈米柱沉澱於溶液底部，可 藉由離心來純化。用 2000 rpm 離心 20 分鐘，上層為奈米球(呈紅色)底層為 金奈米柱及少量的金奈米三角板、球(呈咖啡色)。為了移除多餘的 CTAB，
用水洗沉澱 2 次。將金奈米柱溶於水中存放，溶液顏色為咖啡色。金奈米 柱的合成步驟如圖 2-1。用 TEM 觀測，金奈米柱長約 300 ±15 nm，直徑約 15 nm，Aspect ratio:18~21。
圖 2-1 合成 gold nanorods 實驗流程示意圖
2-4-3 元件的製備
將 patterned 好的 ITO 玻璃依序用清潔劑、甲醇、丙酮和異丙醇在超音 波震盪下清潔各 30 分鐘，用氣槍吹乾。將清潔並乾燥後的 ITO 玻璃經過紫 外光-臭氧機處理並以 5000 rpm 旋轉塗佈厚度約 25 nm 的 PEDOT:PSS (PEDOT:PSS 與 gold nanoparticles、rods 體積比為 9:1，gold nanoparticles、
rods 的濃度分別為 1 mg、2 mg、5 mg、10 mg/mL)此試片經過 10 分鐘 150
℃烤乾處理後，在手套箱中將攪拌 200 rpm，12 小時且加熱 80 ℃的 P3HT 和 PCBM 主動層以 600 rpm 的轉速旋轉塗佈，並分別將不同參數的試片在 蒸鍍機 10-5 torr 下，速率為 0.5 Å /sec 蒸鍍金奈米島狀物薄膜，其厚度參數 分別為 2、4、6、8、10 nm，之後再蒸鍍約 15 nm 的鈣和 100 nm 的鋁做為 陰極電極，熱蒸鍍完成後冷卻至室溫即可進行元件的量測。元件的 active area 約為 0.04 cm2。製成完成的元件如圖 1-17。