第一章 緒論
1.4 有機太陽能電池基本特性分析
有機太陽能電池可以由一些特性參數來評估元件。如圖1-8 太陽能電池 J-V 特性曲 線圖中的開路電壓(Voc, open circuit voltage)、短路電流(Isc, short circuit current)、填充 因子(FF, fill factor)及功率轉換效率(PCE, power conversion efficiency)等參數來加以分 析：
(1)功率轉換效率：
有機太陽能電池的功率轉換效率定義為：
e[%] out oc sc
in in
P V J F
P P
η = = × × F
其中Voc為當I=0 時的電壓值，Jsc為當V=0 時的電流密度，Im為當元件在操作時有最大輸 出功率Pmax (Pmax=Imax × Vmax)時的輸出電流，最大可能輸出的電壓為Vm。
圖1-8 有機太陽能電池 J-V 特性曲線圖[23]
圖1-9 有機太陽能電池在照光與不照光下的 I-V 特性曲線圖[23]
其中k為波茲曼常數，T為絕對溫度，IS為逆向飽和電流(reverse bias saturation current)，n 為理想因子(ideal factor)，目前研究學者發現在高分子異質接面太陽能電池中，若所使用 載子擴散長度(carrier diffusion length)及載子千移率(carrier mobility)等所影響。在高分 子太陽能電池中，短路電流受到材料本身特性、膜厚及高分子膜和電極間介面的表面型
態所影響。由前章節高分子太陽能電池工作原理中提到元件的內部量子轉換效率為[23]：
Rs、Rp分別代表串聯電阻(serious resistance)與並聯電阻(shunt resistance)。由(1.3)式可以 得知，理想的太陽能電池元件必須具有較低的串聯電阻與較大的並聯電阻。串聯電阻來 源包括有機半導體與金屬間的接面電阻(contact resistance)和有機半導體材料本身的內 電阻。另一方面，並聯電阻則是因為漏電流(leakage current)，光伏特元件的正負電極間，
存在任何非經由理想p-n二極體的其他電流通道，都會造成所謂的漏電流，例如元件中 的 產 生 - 複 合 電 流 (generation-recombination current) 、 表 面 複 合 電 流 (surface recombination current)及金屬接觸穿透p-n接面等，漏電流我們通常用並聯電阻來定義，
也就是 p
leak
R V
= I 。並聯電阻越大就表示漏電流越小且開路電壓越大。假設Rs＜＜Rp，可 以由(1.3)式微分來估算Rs、Rsh值。在高外加偏壓時，rs−1 =
[
dI dV/]
I=0，在此情況下I-V 特性曲線主要受到Rs影響遠大於Rp。在低外加偏壓時，rp−1=[
dI dV/]
v=0，而光伏特元件 特性由兩個電阻串聯Rs+Rp ≈Rp所影響。因此可利用太陽能電池元件在光照射下的I-V 特性曲線分別可以初步計算串聯與並聯電阻，Rs為I=0(open circuit)時I-V曲線斜率之倒 數，Rp為V=0(short circuit)時I-V特性曲線斜率之倒數，如圖 1-8 [23]。同時，亦可以由不 照光下的暗電流logJ-V特性曲線來求得較精確的Rs與Rp值，如圖1-11 所示。圖1-10 有機太陽能電池的等效電路圖[23]
圖1-11 有機太陽能電池暗電流 logJ-V 特性曲線圖[23]
1.5 太陽能光譜
地球接收自太陽之輻射能，而這些輻射能是由太陽內部氫核熔合成氦的反應所形成 太陽能源的來源，而太陽光的光譜範圍大約是從300 nm~2500 nm。如圖 1-12 所示，根 據不同的與天頂(zenith)間的太陽光入射角度，會有不同的太陽能光譜，其中 AM 0 光譜 代表太陽光尚未通過大氣層時且垂直照射在天頂的太陽能光譜，而當太陽光透過太氣層 抵達地球且與天頂之間有0°、48°及 60.2°則分別代表 AM 1.0、AM 1.5 與 AM 2.0 的太陽 能光譜。而一般我們都是以AM 1.5 的太陽能光譜，用來當太陽能電池元件的太陽能光 源，如圖1-13 為 AM 1.5 的太陽能光譜，可以觀察到 AM 1.5 太陽能光譜在可見光譜(400 nm~700 nm)有較高的輻射能。