第三章 結果與討論
3.8 太陽能電池元件之 I-V 特性及效率探討
3.8.2 活化層材料及其退火條件對元件之 I-V 特性
3.8.2.4 退火時間對活化層 P3HT:CdSe-PVK 的影響
3.8.2.4 退火時間對活化層 P3HT:CdSe-PVK 的影響
3.8.2.4.1
P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之 UV-Vis 光譜
取P3HT:CdSe-PVK 各 10 mg 溶於 1 ml 的 DCB 中，以 800 rpm, 30 s 的條件將其旋轉塗佈在 ITO 玻璃表面上，於退火溫度 150℃下分別維持 5、15、30、45 及 60 min，圖 3.71 為其不同退火時間之 UV-Vis 光譜。圖 中400-650 nm 之寬廣的波峯為 P3HT 吸收峰，500-560 nm 的肩峰為其電 子振動所導致，而610 nm 則為其 inter-chain interaction 的 peak[107-108]，可 清楚看到隨著退火時間上升，400-650 nm 波段吸收也逐漸增加，其代表 電子振動的肩峰也漸漸上升，由於P3HT 之 inter-chain interaction 與其在 blend film 中之 polymer ordering 成正比[109-113]，而退火時間為 30 min 時其 代表inter-chain interaction 的 peak 最為明顯，表示在此條件下 P3HT 有較 佳的規則性，使其電洞遷移率性質較佳。
300 400 500 600 700 800
5 min
173
3.8.2.4.2 P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之 PL 光譜
圖3.72 為以 300 nm 激發波長下，P3HT:CdSe-PVK 複合薄膜在 150
℃下維持不同退火時間之PL 光譜，藉由觀察 PL 光譜中 quench 的現象可 以辨別出激子分離的狀況[108, 113]。在圖 3.72 中發現一開始隨退火時間增 加，其PL quench 的情形在退火時間為 30 min 時最明顯，但當退火時間 超過30 min 後反而減少其 PL quench，因此當退火溫度 150℃維持 30 min 之活化層薄膜，其 PL quench 的狀況最明顯，表示其具有較高效率的電 荷分離能力。
350 400 450 500 550
5 min 15 min 30 min 45 min 60 min
Inte ns ity
Wavelength (nm)
圖3.72 P3HT:CdSe-PVK 在不同退火時間時之 PL 光譜
174
3.8.2.4.3 P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之 AFM 分析
圖 3.73 (a)~(e)為 P3HT:CdSe-PVK 於 ITO 玻璃上不同退火時間之高 度圖，並由此可得到 150℃下維持不同退火時間時之平均粗糙度(如表 3.10)。發現當退火時間為 45 min 時表面最為粗糙，表示其具有較佳的電 荷收集能力。圖3.73(f)~(j)為 P3HT:CdSe-PVK 於 ITO 玻璃上不同退火時 間之相圖，由圖中發現當退火時間為30 min 時，其排列具有較佳的規則 性，結果與吸收光譜相符。
5 min 15 min 30 min 45 min 60 min Average Roughness
(nm) 1.46316 4.40126 4.25836 4.68856 3.39597 表3.10 P3HT:CdSe-PVK 混摻薄膜於不同退火時間之平均粗糙度
175
圖3.73 (a)~(e)分別為 P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之高度圖。
(f)~(j)分別為 P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之相圖 (a)
176
3.8.2.4.4 P3HT:CdSe-PVK 於不同退火時間下之 TEM 分析
圖3.74 為 P3HT:CdSe-PVK 於 150℃下維持不同退火時間之 TEM 影 像。隨退火時間增加，材料開始有連續聚集的現象，並越來越有規則性 及連續性，材料在150℃時維持 45 分鐘下有較佳的 D/A 互穿網絡形態。
但當退火時間為60 min 時，明顯看到兩種不同相，表示其為大規模的相 分離，此現象會減少D/A 接面，進而降低元件效率。
圖3.74 P3HT:CdSe-PVK 在不同退火時間下之 TEM 影像
177
3.8.2.4.5 活化層 P3HT:CdSe-PVK 之退火時間對元件特性影響
本節比較活化層材料退火時間對元件 I-V 特性的影響，將元件結構 固定為ITO/PEDOT:PSS/ P3HT:CdSe-PVK /Al，探討退火時間與 I-V 特性 間的關係。圖3.75 (a)為元件結構 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al，
活化層材料退火溫度為150℃，退火時間為 0、5、15、30、45 及 60 min 表 3.11 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 元件結構於不同退火時間之
I-V 特性
178
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
-1.0
圖3.75 元件結構 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:CdSe-PVK/Al 於不同退火時間 之(a)I-V 曲線; (b) Voc值; (c) Jsc值; (d) FF 值; (e)元件效率值
179