本實驗利用溶液相合成法成功合成出 PbSe 量子點,並使用兩步驟官 能基置換法將量子點表面的油酸去除。元件設計在 ITO 玻璃上旋轉塗佈一 層 PEDOT:PSS 後,再塗佈上已進行第一步 butylamine 置換之 PbSe 量子點,
且進行 EDT 的薄膜化學處理,重複上述步驟得到兩層 PbSe-EDT 量子點薄 縮短量子點間距。其中,使用 butylamine 進行溶液相官能基置換可以使薄 膜表面平整並且除去大量的油酸,再使用 1,2-ethanedithiol 進行化學薄膜處 理法可以把剩餘鍵結在量子點表面的油酸官能基去除。使用 EDT 進行化學 薄膜處理法由於在固定的量子點間縮短了彼此的距離,所以會使裂縫產生,
隨著浸泡 EDT 溶液的時間越長,所產生的裂縫越大也越多。其中,以浸泡 EDT 時間 15 秒所出現的裂縫較少。但是由於使用 EDT 的薄膜化學處理法 可以置換量子點表面之油酸官能基,並且利用兩至三層的薄膜結構可以成
功填補可能產生的裂縫,故仍然採用之。將元件結構設計在主動層厚度約 為 95 nm,由於此厚度為 PbSe 量子點應用在太陽能電池之最佳主動層厚度,
故可以得到不錯的光電轉換效率,元件之最佳光電轉化效率為 2.14%。將 元件量測外部量子效率可以發現,其在可見光及紅外光波段皆有響應,因 此將元件在紅外光 830 nm 的雷射光源照射下,其光電轉換效率為 2.93%。
將元件做長時間元件壽命測試,在持續太陽光 AM 1.5G 及紅外光 830 nm 的照射下,發現元件效率會逐漸衰退,但衰退至原先的 80%分別需耗時 40 和 120 分鐘。
從本研究發現,利用兩步驟化學處理可以有效去除油酸、降低量子點 間距並且使量子點薄膜表面平整,利用多層主動層的設計可以有效填補裂 縫並達到元件理想厚度,得到效率不錯之太陽能電池元件。
參考文獻
Yu, Langmuir 2009, 25 (20), 12320
6. 丁志明等人,奈米科技-基礎、應用與實作,高立圖書有限公司(2005) 1999,103, 3065
11. 劉吉平,奈米科學與技術,世茂出版社(2003)
Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1665
20. K. P. Fritz, S. Guenes, J. Luther, S. Kumar, N. S. Sariciftci, G. D. Scholes, J.
Photochem. Photo. A: Chem. 2008, 195, 39
21. V. Sholin, A. J. Breeze, I.E. Anderson, Y. Sahoo, D. Reddy, S. A. Carter, Solar Energy Mater. Solar Cells 2008, 92, 1706
22. W. W. Yu, J. C. Falkner, B. S. Shih, V. L. Colvin, Chem. Mater. 2004, 16, 3318 23. M. A. Hines, G. D. Scholes, Adv. Mater. 2003, 15, 1844
24. F. W. Wise, Acc. Chem. Res. 2000, 33, 773
25. A. Lipovskii, E. Kolobkova, V. Petrikov, I. Kang, A. Olkhovets, T. Krauss, M. Thomas, J. Silcox, F. Wise, Q. Shen, S. Kycia, Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 3406
39. S. A. McDonald, G. Konstantatos, S. Zhang,; P. W. Cyr, E. J. D. Klem, L. Levina, E. H.
Sargent, Nat. Mater. 2005, 4, 138
40. G. J. Koleilat, L. Levina, H. Shukla, S. H. Myrskog, S. Hinds, A. G.
Pattantyus-Abraham, E. H. Sargent, ACS Nano 2008, 2, 833
41. D. A. R. Barkhouse, A. G. Pattantyus-Abraham, L. Levina, E. H. Sargent, ACS Nano 2008, 2,2356
42. G. Sarasqueta, K. R. Choudhury, F. So, Chem. Mater. 2010, 22, 3496 43. E. H. Sargent, IEEE J. Quantum. Electronics 2008, 14, 1223
44. K. W. Johonston, A. G. Pattantyus-Abraham, J. P. Clifford, S. H. Myrskog, D. D.
MacNeil, L. Levuna, E. H. Sargent, Appl. Phys. Phys. Lett. 2008, 92, 151115
45. S. Zang, P. W. Cyr, S. A. McDonald, G. Konstantatos, E. H. Sargent, Appl. Phys. Lett.
2005, 87, 233101
46. A. A. R. Watt, D. Blake, J. H. Warner, E. A. Thomsen, E. L. Tavenner, H.
Rubinsztein-Dunlop, P. Meredith, J. Phys. D: Appl. Phys. 2005, 38,2006
47. D. Cui, J. Xu, T. Zhu, G. Paradee, S. Ashok, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 183111
48. K. R. Choudhury, W. J. Kim, Y. Sahoo, K. S. Lee, P. N. Prasad, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 051109
49. D. H. Cui, J. Xu, S. Y. Xu, G. Paradee, B. A. Lewis, M. D. Gerhold, IEEE Trans.
Nanotechnology, 2006, 5, 362
50. R. Thapa, K. R. Choudhury, W. J. Kim, Y. Sahoo, A. N. Cartwright, P. N. Prasad, Appl.
Phys. Lett. 2007, 90, 252112
51. X. Jiang, R. D. Schaller, S. B. Lee, J. M. Pietryga, V. I. Klimov, A. A. Zakhidov, J.
Mater. Res. 2007, 22, 2204
52. J. Seo, S. J. Kim, R. Singh, M. Samoc, A. N. Cartwright, P. N. Prasad, Nanotechnology 2009, 20, 095202
53. A. Maria, P. W. Cyr, E. J. D. Klem, L. Levina, E. H. Sargent, Appl. Phys. Lett. 2005, 87,
213112
54. S. Guenes, K. P. Frits, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, S. Kumar, G. D. Scholes, Solar Energy Mater. Solar Cells 2007, 91, 420
55. K. P. Fritz, S. Guenes, J. Luther, S. Kumar, N. S. Sariciftci, G. D. Scholes, J.
Photochem. Photobio. A: Chem. 2008, 195, 39
56. J. M. Lutter, M. Law, M. C. Beard, Q. Song, M. O. Reese, R. J. Ellingson, A. J. Nozik, Nano Lett. 2008, 8, 3488
57. J. J. Choi, Y. F. Lim, M. B. Santiago-Berrios, M. Oh, B.R. Hyun, L. Sun, A. C. Bartnik, A. Goedhart, G. G. Malliaras, H. D. Abruna, F. W. Wise, T. Hanrath, Nano Lett. 2009, 9, 3749