第四章 結果與討論
4.2 碲化銦奈米粒子
碲化銦奈米粒子為一種新物質，本實驗室曾經合成過大約微米等 級的碲化銦粒子，故此部分實驗著重在於控制實驗變因進而微小化製 奈米等級，先將時間定為實驗變因，藉由改變時間看能否將碲化銦粒 子微小化，分別將時間變因定為兩分鐘(01)、四分鐘(02)、六分鐘(03)、
八分鐘(04)這四種產物，得到 InTe-01、InTe-02、InTe-03、InTe-04，
下圖為InTe01 之電子顯微鏡圖。
圖4-5 InTe01 之電子顯微鏡圖(a)200K (b)100k (c)300k
由上圖(c)可以看出 InTe01 粒子大約為 10 奈米，沒有特定之構 形，其中棍狀的物質為碲的晶體，在 TEM 的 EDX 分析中可以看到明顯
的碲的訊號，下頁圖 4-6 為棍狀物之元素分析圖。
b c
a
100nm
100nm 10nm
圖 4-6 元素分析圖
合成出的 InTe01 其產率相當低，且顏色方面呈現灰色並非完全黑 色，推測應為合成時間太短所致，在光學性質方面我們測了紫外-可 見穿透式吸收光譜，如下圖 4-7。
300 400 500 600 700 800
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
abs o rption
wavelength
InTe01
圖4-7 InTe01 紫外-可見吸收光譜
從圖 4-7 中可知 InTe01 為一 300~800 奈米波長均有吸收的化合物，
但因為產量極少導致無法作 X 光繞射鑑定，故在此尚且無法證明 InTe01 是否為碲化銦奈米粒子。
隨著時間的增加，溶液顏色會越來越變成深黑色，而在 InTe02 之後所得到的碲化銦粉末均為黑色。
圖4-8 (a)InTe02 (b)InTe03 (c)InTe04 電子顯微鏡圖
可以看到在上圖InTe02、03、04 的電子顯微鏡圖檔中，粒子大小並 沒有隨著時間增加或是減少，其平均粒子大小依然為10 奈米，而在
a
b c
10nm
10nm
10nm 10nm
光譜方面如下圖所示，除了InTe01 之外，02、03、04 在紫外可見光 譜上的趨勢是相同的，表示InTe02，InTe03、InTe04 為相同之化合物 但由於產物濃度無法固定，所以在此只能做定性分析，無法利用Beer’s Law 作定量分析。
300 400 500 600 700 800
0.00
28 度處有一明顯的繞射峰，此繞射峰為樣品槽(holder)的吸收峰，雖 裝置的開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、效率(efficiency)、填充因子(Fill factor)，以及標準差附於表 4-1。
C urren t / mA cm -2
V / Voltage
效率(Efficiency)均有增加，但是比較於基板的數值，在短路電流(Isc) 方面下降了~0.12 毫安培，而填充因子(F.F)卻是上升了 0.14 左右。
再來我們將實驗變因改為溫度，採用InTe02 的實驗條件但溫度 改用200oC，將所得到的產物為 InTe05，並將 InTe05 的結果和 InTe02 比較，如下圖4-12。
300 400 500 600 700 800
0.00
wavelength / nm
InTe05
10 20 30 40 50 60
Intensity (a.u.)
2 theta
InTe02 InTe05
圖4-13 InTe02 和 InTe05 X 光繞射圖譜比較圖
圖4-14 InTe05 電子顯微鏡圖 (a)20k (b)50k (c)100k (d)300k (e)500k
e
a b
c d
2000nm
1000nm
500nm
100nm 100nm
100nm
可以從上圖(e)可以在估計出平均碲化銦粒子為 10nm，和 InTe02
Cu rrent / mA cm -2
V / Voltage
在InTe05 的光電流效率圖中可以發現，其開路電壓(Voc)幾乎是 不變的，但是短路電流(Isc)、效率(Efficiency)、填充因子(F.F)也沒有
討的方面先轉移到碲化銦的晶體結晶性與純度，而這是因為好的晶體 結晶性可以使得電子傳遞更為順暢，故如何提高碲化銦的結晶性和晶 體純度為接下來的課題。
將下來為提高晶體結晶性，通常一般晶體在成長時，退火(anneal) 的過程會影響晶體的結晶性，在實驗步驟中我們使用了冷水浴來退火 合成出的碲化銦粒子，故此我們改變此變因，不使用退火的過程來檢 視是否可以增進碲化銦粒子的結晶性，故再合成InTe06 時，不使用 退火僅需關掉加熱器並持續攪拌，在空氣中冷卻至室溫。
圖4-16 InTe02 和 InTe06 X 光繞射圖譜比較圖
從上圖的X 光繞射圖譜可以得知，不使用退火的過程對於結晶性 沒有正面的增進效益，在光電流方面如下圖所示，除了效率(Efficiency) 有稍微下降0.01 之外，其餘數值並無太大變化。
10 20 30 40 50 60
Intensity (a.u.)
2 theta
InTe02
InTe06
0 .0 0 .2 0 .4
Current / mA cm-2
V / V o lta g e
從上圖4-18 中 300k 的電子顯微鏡圖可以看到的平均粒子大小還是在 上已經有明顯的增加。藉由scherrer equation 可以估計出粒子大小為 13.57nm(2θ=25.311，半高寬為 0.6)，而 InTe07 本身也還是一個黑色 產物，故在紫外-可見光譜中還是跟之前的相同，在 300 到 800 奈米
300 400 500 600 700 800
Current / mA cm-2
V / Voltage
得出InTe07 的光電流效率數值後，我們將 InTe01~07 的所有數值列表
表4-1 InTe01~07 數值比較表
從數據資料圖可以得出在2~8 分鐘內合成的碲化銦其效率
(efficiency)和短路電流(Isc)有些增加，但從之前的 SEM 圖可以得知，
在粒子大小上並無改變，故此處的增益應為隨著時間增加，產量與結 晶性的增加而導致，而藉由InTe05 和 InTe06 的實驗也指出溫度和退 火此兩項變因亦不會影響到粒子大小，也從各項數值上並無明顯改變 可以證明此論點，最後我們利用了延長反應時間來改善產物的結晶 性，希冀能夠有更好的電子傳遞，在InTe07 的 X 光繞射圖譜中可以 發現，結晶性確實有明顯的提升，並且可以利用scherrer equation 計 算出粒子大為13 奈米，在光電流方面，除了填充因子之外均有增益，
填充因子減低的原因應該是再短時間合成的過程中，結晶性相對較差 Voc Isc Efficiency Fill Factor InTe01 0.48(0) 0.31(0) 0.096(0) 0.64(0) InTe02 0.49(1) 0.32(0) 0.095(1) 0.60(1) InTe03 0.50(1) 0.37(0) 0.112(1) 0.61(1) InTe04 0.49(1) 0.35(1) 0.104(6) 0.60(4) InTe05 0.50(0) 0.34(0) 0.106(1) 0.63(1) InTe06 0.49(0) 0.32(0) 0.0998(1) 0.64(0) InTe07 0.55(1) 0.48(1) 0.134(5) 0.52(2)
導致電子傳遞不順暢，隨著結晶性的上升，電子傳遞不會遲滯，故在
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