本實驗固定氧化鋅棒的長度，並利用不同的旋轉塗佈轉速來得到 最佳的效率，元件(a)~(c)分別將基板浸入成長液中 30 分鐘。可以得 到200nm的垂直基板氧化鋅棒。將P3HT溶於氯苯中，濃度
(30mg/1ml)。以兩段式的旋軟塗佈於包含氧化鋅棒的基板上。第一段 固定為500rpm旋轉 10 秒。第二段分別以 800rpm，1000rpm，1200rpm 旋轉30 秒。而 800rpm約產生高於氧化鋅棒 50nm的高分子厚度，
1000rpm會使高分子略高於氧化鋅棒 30nm，1200rpm則會使高分子接 近齊平氧化鋅棒。利用熱蒸鍍法鍍上純金上電極後以100mW/cm2模 擬太陽光照射下，量測其電壓和電流密度的關係。其元件的各個數據 分析如圖5-23 和表 5-5。在能量轉換效率PCE的部份。元件(a)的效率 為0.897291%元件(b)為 0.84%兩者相差不遠。而元件(c)則呈現線性的 電阻特徵，表示1200rpm的轉速會使鋅棒跟金陽極產生接觸。降低高 分子的膜厚使開路電壓由0.52 小幅的提升到 0.56。短路電流密度由 2.99 降到 2.81。FF值分別為 46%和 43%。由不同厚度純P3HT紫外-可見光吸收光譜圖圖5-24 來分析，純P3HT需要 240nm的厚度才能將 450nm~600nm波長的光吸收 95%以上。
因此在200nm 的氧化鋅棒上方，50nm 的 P3HT 高分子會是一個 理想的厚度。由以上分析，在垂直基板的氧化鋅棒高度為200nm 時，
高分子填充厚高於氧化鋅棒50nm。會有最佳的效率。
表5-5 高分子厚度對太陽能電池效率的影響
(a)50nm
800rpm
(b)30nm 1000rpm
PCE% 0.897291 0.84 Voc (V) 0.520000 0.560000
Jsc (mA/cm2) 2.993500 2.8125
FF% 46.114819 43.123841%
Rs(ohm-cm2) Rsh(ohm-cm2)
7.859985 559.952993
20.596605 530.354877
5-12 P3HT 中加入 PCBM 對太陽能電池效率的影響
當P3HT 位於最高填滿軌域(HOMO)的電子接收光子的能量被激 發時，產生的電子電洞對必須要擴散到達材料接面處才能進行分離。
在高分子中電子電洞對再結合前，能夠擴散的距離(diffusion length) 約為5~10nm。而這個值小於氧化鋅棒之間的距離。在高分子
中再加入另外一均勻分散材料，有機會增加電子電洞對有效的分離的 機率。將(6，6)-phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM)以 1:1 重 量百分比的比例混入P3HT 高分子中，在旋佈於氧化鋅棒上。PCBM 的HOMO 和 LUMO 能階約為 6.1 ev 和 3.8 ev。能隙能夠和氧化鋅材 料和P3HT 的傳導帶有良好的匹配。而 PCBM 為數個奈米的微粒。
如果能均勻的分散在高分子材料之中。可以解決氧化鋅棒不夠緻密的 問題。如圖 5-27,當混入 PCBM 後在 400nm 高氧化鋅效率能夠提昇至 1.03 %。
圖5-1 以方法一製備氧化鋅緩衝膜 SEM 表面圖
圖5-2 以方法二製備氧化鋅緩衝膜 SEM 表面圖
圖5-3 不同的NH4+/Zn2+比例與不同PH值生成氧化鋅型態對照表
×沒有任何沉澱和沉積，▲氧化鋅沉澱，△氧化鋅沉積在表面 [J. Mater. Chem., 2002, 3773.]
圖5-4 不同的NH4+來源與不同PH值，生成氧化鋅對照表
×沒有任何沉澱和沉積，■沉積 ZnF(OH)，●沉積 ZnO， △產生沉澱 [J. Mater. Chem., 2002, 3773.]
圖 5-5 氧化鋅對 PH 值相穩定圖 [J. Mater. Chem., 2002, 3773.]
-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0
100 200 300 400 500
rods length(nm)
growth time(min)
圖 5-6 以方法一,不同時間成長之一維奈米氧化鋅陣列 SEM 截面 圖
(b) (a)
(C) (d)
(e) (f)
0 10 20 30 40 50 60 0
100 200 300 400 500
rods length(nm)
growth time(min)
圖 5-7 以方法二不同時間成長之一維奈米氧化鋅陣列 SEM 截面圖 (a)45nm，(b)85nm(c)150nm(d)410nm
圖5-8 方法二製備氧化鋅陣列時間對長度數值統計圖
(a) (b)
(c) (d)
圖5-9 氧化鋅奈米棒陣列表面 EDS 分析圖
圖 5-10 氧化鋅陣列截面 EDS 分析圖
-0.5 0.0 0.5 1.0
Current Density,J/mA cm-2
Voltage / V
圖5-13 以不同溫度的氧化鋅緩衝層製備氧化鋅納米棒陣列
0 0 0 0
圖 5-14 超高溫處理氧化鋅膜對氧化鋅棒的影響
(a) (b)
(c) (d)
(a) 300 C (b) 350 C (c) 400 C (d) 450 C 8000C
3.2
Current Density,J/mA cm-2
Voltage /V
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Current Density,J/mA cm-2
Voltage / V
300 350 400 450 500 550 600 650 700
0.0
(a)P3HT 覆蓋於氧化鋅棒(b) P3HT 覆蓋於氧化鋅膜(c)P3HT
(a) (b)
圖5-19 不同成長時間氧化鋅棒製作太陽能電池元件 SEM 截面 鐘
(c) (d)
(e)
圖.(a)-0 分鐘(b)-20 分鐘(100nm)，(c)-30 分鐘(150nm)，(d)-40 分 (200nm)，(e)-50 分鐘(300nm)
0.0 0.5
Current Density,J/mA cm-2
Voltage / V
-0 分鐘，(b)-20 分鐘(100nm)，(c)-30 分鐘(150nm)，(d)-40 分鐘(200nm)，
(e)-50 分鐘.(300nm)
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Current Density,J/mA cm-2
Voltage /V
(a) 50nm,800rpm (b) 30nm,1000rpm
(a)
(b) 24
300 400 500 600 700 800
0
0.0 0.5
Current Density,J/mA cm-2
Voltage /V