3-1 實驗架構
Synthesis of CdSe QDs
Synthesis of CdSe/ZnSe core/shell QDs
UV-Vis absorption spectra
Transmission electron microscopy
Photoluminescence spectra
Solar cell fabrication
UV-Vis absorption spectra
Transmission electron microscopy
Atomic force microscopy Photoluminescence spectra
J-V curve measurement
3-2 實驗藥品 1.Cadmium Acetate
分子式：Cd(CH3CO2)2·H2O 分子量：266.52 製造商：Fisher Scientific
注意事項：鎘為一種具累積性之毒性化學物質，長期曝露下會對人體造 成骨骼軟化及變形、肺氣腫、腎危害及蛋白尿，甚至會致癌，
因此實驗中使用鎘化物時須十分謹慎，避免吸入或食入。而 世界衛生組織建議鎘的暫定每週容許攝取量為每公斤體重七 微克，以體重六十公斤來換算，則每人每禮拜可以容許的攝 取量上限是四百二十微克。
2.Selenium
元素符號：Se 原子量：78.96 純度：99.999%
密度：4.810
製造商：Aldrich 3. Tri-n-octylphosphine oxide (TOPO)
分子式：[CH3(CH2)7]3P(O) 分子量：386.65
純度：98%
熔點：57℃ 沸點：213℃ 密度：0.88g/cm3 製造商：Alfa Aesar
4.Trioctylphosphine (TOP)
分子式：[CH3(CH2)7]3P 分子量：370.65
純度：90%
沸點：291℃ 密度：0.831g/cm3 製造商：Aldrich 5.n-Hexadecylamine (HDA)
分子式：CH3(CH2)15NH2 分子量：241.46 純度：90%
熔點：45℃ 沸點：300℃ 製造商：Aldrich 6. Octylphosphonic acid (OPA)
分子式：CH3(CH2)7P(O)(OH)2 分子量：194.21 純度：98% 熔點：102℃
製造商：Alfa Aesar 7.Zinc stearate
分子式：[CH3(CH2)16CO2]2Zn 分子量：632.2 純度：12.5-14.0%ZnO 熔點：120-130℃
密度：1.095 g/cm3
製造商：J. T. Baker 8.Toluene
分子式：C6H5CH3 分子量：92.14 純度：99.9%
沸點：110.6℃ 密度：0.865g/cm3
製造商：J. T. Baker
9. n-Heptane
分子式：CH3(CH2)5CH3 分子量：100.21 純度：99.9%
熔點：-91℃ 沸點：98℃ 密度：0.684g/cm3 製造商：TEDIA
10. Methyl alcohol
分子式：CH3OH 分子量：32.04 純度：99.9%
沸點：64.7℃ 密度：0.791 g/cm3
製造商：TEDIA 11. Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)
分子式：(C10H14S)n Mn：35000 Mw：50000 熔點：238℃ 製造商：Rieke Metals
12. Phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM)
分子式：C72H14O2 分子量：910.88 純度：99.5%
製造商：Nano-C
14. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：poly(styrenesulfonate) (PEDOT：PSS) PEDOT 分子式：(C6H4O2S)n
PSS 分子式：(C8H7O3S)n
- , (C8H8O3S)n
PEDOT：PSS ratio = 1.6(by weight)
沸點：100℃ 製造商：BAYTRON
13. Chlorobenzene
分子式：C6H5Cl 分子量：112.56 純度：99.9%
溶點：-45℃ 沸點：132℃ 密度：1.11 g/cm3 製造商：TEDIA
14. Chloroform
分子式：CHCl3 分子量：19.38 純度：99.9%
沸點：61.2℃ 密度：1.4832 g/cm3
製造商：ECHO 15.Aluminum
元素符號：Al 原子量：26.98 純度：99.99%
溶點：660.37℃
密度：2.7g/cm3 製造商：Aldrich 16. Acetone
分子式：C3H6O 分子量：58.08 純度：99.9%
沸點：56℃ 密度：0.79 g/cm3
製造商：TEDIA 17. Iso-propanol (IPA)
分子式：(CH
3)
2CHOH 分子量：60.1
純度：99.9%
沸點：81℃ 密度：0.79 g/cm3 製造商：TEDIA
3-3 實驗儀器
1.真空烘箱(Vacuum Oven)
廠牌：CHANNEL 型號：VO30L
2.旋轉塗佈機(Spin Coater)
廠牌：LAURELL 型號：MODEL WS-400B-6NPP/LITE
3.超音波震盪器 (Ultrasonic cleaner)
廠牌：DELTA 型號：D150
4.熱蒸鍍機(Thermal coater)
廠牌：ULVAC 型號：CRTM-6000
用途：為一電阻加熱式的蒸鍍系統，將欲鍍金屬置於鎢舟之上，並對 鎢舟通一高電流，使鎢舟加熱至超過欲鍍金屬的蒸發溫度，使
其變為蒸氣，並沉積在元件上成為金屬電極。
5.紫外光-可見光吸收光譜儀(UV-Vis absorption spectrometry) 廠牌：Hitachi 型號：U4100
用途：測量樣品對可見光的吸收強度，量測的波長範圍 300nm-800nm 之間的光吸收圖譜。
6.光激發光譜儀(Photoluminescence spectrometry) 廠牌：HITACHI 型號：F-4500
用途：給予一特定波長的光照射樣品，將樣品升至激發態，再去量測 當樣品從激發態降回至基態時，所放出的光的波長範圍及強度。
7.原子力顯微鏡(Atomic force microscopy)
廠牌：Digital Instrument 型號：D.I. 4000
用途：將一微小探針黏架在彈簧懸臂上，利用微小探針接近樣品表面 時，因探針與樣品表面之力場的作用力，造成彈簧懸臂之微小 偏曲，若利用彈簧懸臂為雷射光之反射介面，則當彈簧懸臂有
偏曲時，可藉由雷射光反射改變，做為儀器取得之訊號，之後 經過計算，即可得到樣品表面之高低起伏和硬度。
8.穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscopy) 廠牌：FEI 型號：TECNA112
用途：穿透式電子顯微鏡主要原理是透過鎢絲加熱至特定溫度，使電 子跑出，之後給予一個外加偏壓，形成電子束並往正極前進，
在經過多個電磁場，使電子束巨焦及放大，最後成像於螢幕上。
此儀器使用的燈絲為六硼化鑭，儀器最高加速電壓可 120KV。
可用來觀察物質的大小及內部細微構造。
9.模擬太陽光源
廠牌：New port 型號：66902 Oriel 150W Xenon lamp solar simulator
用途：因自然太陽光源會受到個種因素所干擾。所以使用模擬太陽光 源可以將實驗參數固定於相同的條件之下，且不受天氣因素影 響。利用氙氣燈搭配透鏡可以模擬出光源頻譜強度為 AM1.5G，
100 mW/cm2均勻且穩定的光源。
10.電性分析儀
廠牌:Keithley 型號:Model 236 用途：能夠做為一電壓源並偵測電壓和電流。
3-4 實驗步驟
3-4-1 CdSe 量子點之合成
1 取 0.21 g Cd(OAc)2 · 2H2O、4.48 g TOPO、2.78 g HDA 和 0.45 g OPA 放入 三頸瓶中，維持在持續通入氬氣的環境下，以磁石均勻攪拌，並加熱至 275℃，此時瓶中的溶液會呈澄清透明狀。
2 取 0.2 g Se 和 4 g TOP 放入至另一個三頸瓶中，同樣也維持在持續通入氬
氣的環境下，以磁石均勻攪拌，並加熱至 170℃，使 Se 溶解在 TOP 中，
形成 TOPSe。
3 當第一步的 Cd(OAc)2溶液達 275℃時，即可將溫度已升至 170℃的 TOPSe 以玻璃針筒快速注入 Cd(OAc)2溶液，並讓其繼續攪拌反應 1 分 45 秒，之 後使用浸泡冷水之方式快速降溫，使反應停止。
4 取出合成好的 CdSe 溶液，以甲苯和甲醇做溶解/沉澱處理，反覆數次以除 去過多的表面包覆劑。即可得到橘紅色的 CdSe 量子點。
3-4-2 CdSe 量子點合成流程圖
3-4-3 CdSe/ZnSe 核殼量子點之合成
1 取 39.48 mg Se 和 2.5 ml TOP 放入樣品瓶中，在室溫下快速攪拌，使 Se 可完全溶於 TOP 中。
2 取 316 mg zinc stearate 和 2.5 ml 甲苯放入至三頸瓶中，在通入氬氣的環境 下，攪拌加熱至 60℃，維持溫度在 60℃下 15 分鐘。之後讓其慢慢冷卻至 室溫，再將第 1 步中的 TOPSe 溶液加入至同一三頸瓶中，之後在室溫下，
繼續攪拌 30 分鐘，使溶液能均勻混合。
3 取 20 mg CdSe、4ml 正庚烷、2.2 g TOPO 和 1.3 g HDA 放入至另一三頸中，
一樣在通入氬氣的環境下，攪拌加熱至 200℃，將溫度維持在 200℃。
4 將步驟 2 的 TOPSe 混合溶液裝入針筒，並使其緩慢滴入 CdSe 溶液中，當 TOPSe 混合溶液滴完，繼續反應 60 分鐘，以浸泡冷水方式降溫，使反應 停止。
5 取出 CdSe/ZnSe 溶液，以甲苯和甲醇做溶解/沉澱處理，反覆數次以除去 過多的表面包覆劑。得到紅色的CdSe/ZnSe核殼量子點。
3-4-4 CdSe/ZnSe 核殼量子點合成流程圖
Zinc stearate + Toluene 加熱至 60℃，持溫 15 分
3-5 元件製作
3-5-1 吸光層之溶液配製 1 標準品(standard)溶液配製
(1) 各別取 5 mg 的 P3HT 和 PCBM，再以 chlorobenzene 分別配製成濃度為 15 mg /1 ml 的 P3HT 及 PCBM 溶液，在溫度 40℃下攪拌 20 分鐘。
(2) 以重量比 P3HT：PCBM=1：0.8 的比例，將 P3HT 和 PCBM 溶液混合，
同樣在溫度 40℃下攪拌一整夜。
2 含量子點吸光層溶液配製
(1) 各別取 10 mg 的 CdSe 量子點和 CdSe/ZnSe 核殼量子點，再以 chloroform 分別配製濃度為 10 mg /1 ml 的 CdSe 量子點溶液和 CdSe/ZnSe 核殼量子 點溶液，在室溫下攪拌 20 分鐘。
(2) 將 CdSe 量子點溶液和 CdSe/ZnSe 核殼量子點溶液分別加入 P3HT：PCBM 混合液，依照 P3HT 的重量比計算，加入不同比例的 CdSe 量子點溶液 CdSe/ ZnSe 核殼量子點溶液，並在溫度 40℃下攪拌一整夜。
3-5-2 太陽能電池製作
1 將圖形化的 ITO 導電玻璃先分別在清潔液和去離子水中以超音波震盪機 清洗 10 分鐘，之後分別在甲醇、丙酮、異丙醇中以超音波震盪機清洗 40 分鐘。接著使用UV-Ozone 照射20分鐘去除表面殘餘有機物。
2 旋轉塗佈 PEDOT：PSS 於 ITO 玻璃上，膜厚約為 40 nm，之後將 ITO 玻 璃加熱至 140 ℃，持溫 20 分鐘，去除 PEDOT：PSS 中多餘的水分。
3 旋轉塗佈吸光層，膜厚約為 80 nm，將元件放入熱蒸渡機裡鍍上鋁電極，
厚度為 100 nm。之後將元件取出以溫度 150℃下進行退火處理 15 分鐘，
即完成太陽能電池的製作。圖 3-1 為製作好的太陽能電池結構示意圖。
4 將元件的 ITO 電極和金屬電極分別用金屬導線接至量測儀器，在 AM1.5 G 強度 100 mW/cm2模擬太陽光源照射下，進行元件的電流-電壓曲線量
測。元件的紫外光-可見光吸收光譜、光激發光譜、原子力顯微鏡和穿透
式電子顯微鏡等測量也都是在與元件相同膜厚製作條件下進行量測。
3-5-3 太陽能電池製作流程圖
清洗圖型化的 ITO 導電玻璃
UV-Ozone 照射 20 分鐘
鍍上鋁電極 旋轉塗佈 PEDOT：PSS
加熱至 140℃ 20 分鐘
旋轉塗佈吸光層溶液
150℃下進行退火處理 15 分鐘 元件電流-電壓曲線量測
吸光層
ITO 導電層 Al 電極
玻璃基板 PEDOT：PSS
圖 3-1 實驗所製作的太陽能電池結構示意圖，其中吸光層有三種組成
(a)P3HT：PCBM (b)CdSe：P3HT：PCBM (c)CdSe/ZnSe：P3HT：PCBM