臺灣科技大學機構典藏 NTUSTR:Item 987654321/85789

技術學刊 第三十六卷 第三期 民國一一○年  

Journal of Technology, Vol. 36, No. 3, pp.115-122 (2021) 

奈米銀氧化石墨烯對高分子太陽能電池光電轉換  效率的影響 

歐珍方 

國立勤益科技大學化工與材料工程系

摘 要

我們採用改良式 +XPPHU 法製備之氧化石墨作為氧化石墨烯 JUDSKHQH

R[LGH*2 之前驅物，以硝酸銀 $J12 作為奈米銀粒子前驅物，以檸檬酸 鈉做為還原劑合成三種奈米銀氧化石墨烯 *2$J，分別命名為 *2$J、

*2$J 與 *2$J。我們將奈米銀石墨烯以濃度 PJPO 分散於 1PHWK\O

S\UUROLGRQH103 中，塗佈插層於 3('27：366 電動傳輸層與 3+7：3&%0 組成的主動層間來製備高分子太陽能電池，研究奈米銀氧化石墨烯對高分子 太陽電池光電特性之影響。本研究之太陽能電池元件結構為 *ODVV  ,72 

3('27：366*2$J3+7：3&3'7%7：3&%0&D$O，我們利用紫外光

可見光吸收光譜儀 899LV、掃描探針顯微鏡 630、場發射電子顯微鏡 )(

6(0 和太陽光模擬光源系統，來測量吸收度、粗糙度、表面形態和光電性質。

由結果得知，插層這三種*2$J 之高分子太陽能電池之短路電流密度 VKRUW

FLUFXLWFXUUHQWGHQVLW\-VF、填充因子 ILOOIDFWRU )) 與光電轉換效率 SRZHU

FRQYHUVLRQHIILFLHQF\3&( 皆比未含奈米銀氧化石墨烯之電池高，顯示插層 這三種 *2$J 於電動傳輸層與主動層間皆能有效提高電池之光電性質。三種

*2$J 中以 *2$J 具最佳提升效果，因為此電池具有最高的短路電流密度與 光電轉換效率，分別為P$FP^與，與未含奈米銀氧化石墨烯之電 池比較分別提升了與 ，此結果可能是由於石墨烯具有高電子遷移 率，因此提升了高分子太陽能電池之光電性質。

關鍵詞：高分子太陽能電池，氧化石墨烯，奈米銀氧化石墨烯，光電轉換效率。





())(&72)*5$3+(1(2;,'($*1$123$57,&/(6217+(

()),&,(1&<2)32/<0(562/$5&(//6

&KHQJ)DQJ2X

Department of Chemical and Materials Engineering National Chin-Yi University of Technology

Taichung, Taiwan 411, R.O.C.

Key Words: SRO\PHU VRODU FHOO JUDSKHQH R[LGH JUDSKHQH R[LGH$J

QDQRSDUWLFOHVSRZHUFRQYHUVLRQHIILFLHQF\



通訊作者：歐珍方，HPDLORXFI#QFXWHGXWZ

&RUUHVSRQGLQJDXWKRU&KHQJ)DQJ2XHPDLORXFI#QFXWHGXWZ

 技術學刊 第三十六卷 第三期 民國一一○年

$%675$&7

*UDSKHQHR[LGH$JQDQRSDUWLFOHV*2$JZHUHIDEULFDWHGYLDDIDFLOH

PHWKRGHPSOR\LQJJUDSKLWHR[LGHDVDSUHFXUVRURIJUDSKHQHR[LGH*2

$J12



DVDSUHFXUVRURI$JQDQRSDUWLFOHVDQGVRGLXPFLWUDWHDVDUHGXFLQJ

DQGVWDELOL]LQJDJHQW  :HV\QWKHVL]HGWKUHHNLQGVRI*2$JDV*2$J

*2$JDQG*2$J  :HLQYHVWLJDWHGWKHHIIHFWRILQFRUSRUDWLQJ*2$J

EHWZHHQ WKH KROH WUDQVIHU OD\HU +7/ RI SRO\ HWK\OHQH GLR[\WKLRSKHQH 3('27SRO\VW\UHQHVXOIRQLFDFLG3663('27366DQGDFWLYHOD\HU

3+73&%0 ZHLJKWUDWLRRQWKHSKRWRYROWDLFSHUIRUPDQFH  7KHFHOO

VWUXFWXUHZDV*ODVV,723('27366*2$J3+73&%0&D$O  7KHFRQFHQWUDWLRQRI*2$JVROXWLRQZDVPJPOLQ1PHWK\OS\UUROLGRQH

103VROYHQWDQGWKH*2$JOD\HUZDVFRDWHGRQWKH+7/OD\HUE\VSLQ

FRDWLQJ  :HXVHGWKH899LV630)(6(0DQGVRODUVLPXODWRUWRPHDVXUH

WKH DEVRUEDQFH URXJKQHVV VXUIDFH PRUSKRORJ\ DQG SRZHU FRQYHUVLRQ

HIILFLHQF\3&(UHVSHFWLYHO\  )URPWKHVHUHVXOWVZHIRXQGWKDWWKHVKRUW

FLUFXLWFXUUHQWGHQVLW\-

VF

ILOOIDFWRU))DQG3&(RIWKHFHOOVZLWK*2$J

DUHDOZD\VKLJKHUWKDQWKRVHRIFHOOZLWKRXW*2$J  7KHFHOOZLWK*2$J

KDVWKHKLJKHVWVKRUWFLUFXLWFXUUHQWGHQVLW\P$FP

^

DQLQFUHDVHRI

DQGWKHKLJKHVWSRZHUFRQYHUVLRQHIILFLHQF\DQLQFUHDVHRI

  7KHVHLPSURYHPHQWVDUHGXHWRWKHKLJKFDUULHUPRELOLW\RIJUDSKHQH



一、前 言

世界能源的結構中，石油、天然氣和煤炭等石化能源 是目前人類所利用的主要能源來源。這些能源使用年限皆 日益逼近且所剩無幾，此外燃燒石化燃料，會產生大量的 煙塵和硫氧化物，排放過多的二氧化碳會造成全球暖化問 題，氣候異常變化，自 年以來至今地球的「年平均溫 度」上升a 攝氏度，溫室氣體濃度升高造成地球暖 化。加上 年限制二氧化碳排放量的「京都協議書」生 效，促使各國積極投入大量的人力和資源來尋找替代能源。

在 年諾貝爾和平獎得主高爾所拍攝之記錄片「不願面 對的真相」之推波助瀾下，更喚起大家對於全球暖化議題 所會引起的災難的恐懼。讓人們察覺到能源的使用必須避 免造成環境污染，而核能由於有產生核廢料的問題，因此 有許多人反對使用核能。相對的，再生能源理論上是取之 澵盡的天然能源，例如：太陽能、風能、潮汐能、地熱能 等等，除瀈能在很短的時間恢復外，在使用的過程中也澵 會對環境產生污染，符合人類對未來新能源的要求。因此 人類開始意識到開發具環境親和性、再生性及永續經營性 替代能源的重要性>@。

隨著溫室效應與能源高成本等環境問題漸受重視的 時代來臨，太陽能電池的發展也漸受重視，而高分子太陽 能電池重量輕且具有極佳的可撓性，並且耐摔、耐衝擊、

低成本，可製作在軟性塑膠或薄金屬基板上，因此已成為 備受矚目的新世代太陽能電池，相信高分子太陽能電池未 來可以用來改善人類的生活。目前高分子有機太陽能電池 在光電轉換效率值上仍低於無機太陽能電池，但經由各種 研究的方法包含：合成低能隙材料增加光吸收、運用疊層

結構 WDQGHPFHOO、不同製程條件«等>@的努力研究後，

高分子有機太陽能電池的光電轉換效率已漸漸的提升。

奈米科技被譽為二十一世紀最具有潛力的產業之一，

奈米材料的興起在於其可應用於催化反應、感測器、資訊 儲存、光觸媒、甚至是日常生活中的保養品和藥品。當材 料進入奈米尺度後，材料的特性會依其尺寸大小的不同而 有所不同，其光性、電性、磁性、導熱性和機械性質與巨 觀相 EXONSKDVH 相比更是明顯不一樣，最明顯的特徵就 是表面效應、量子尺寸效應以及局部表面電漿共振效應應

/635ORFDOL]HGVXUIDFHSODVPRQUHVRQDQFH>@的出現。不 同種類之奈米顆粒皆有其獨特的共振頻率，如金奈米粒子 的表面電漿共振吸收約波長 QP 左右>@，銅奈米顆粒 的表面電漿共振吸收於aQP，而銀奈米粒子的表 面電漿共振吸收於aQP。金屬表面電漿為近年來 科學研究的重點，一般而言，金和銀是較好的電漿子材 料，因其具有高密度自由電子。在奈米材料裡，無機奈米 材料具有較高的載子遷移率、可提高光的吸收率以及有較 好的化學及物理穩定性。使用無機奈米材料可以保有原有 元件的特性，也可擁有無機奈米材料的特性，所以將無機 奈米材料應用於高分子有機太陽能電池也是目前的一大 趨勢。常用的無機奈米材料分為兩類：一類為金屬化合物 奈米粒子，如&G6H、3E6、7L2、3E6H、=Q2 及 &X,Q6

>@；另一類則為金屬奈米粒子，如 $X、$J 與 3W 奈米粒 子>@。

奈米銀材料具有較高的載子遷移率且可提高光的吸 收率以及有較好的化學及物理穩定性，所以奈米銀材料適 合被用來應用於高分子有機太陽能電池，藉由其局部表面 電漿共振效應來提高太陽能電池光的光電性質。

 歐珍方：奈米銀氧化石墨烯對高分子太陽能電池光電轉換效率的影響 

石墨烯 *UDSKHQH 是由共價鍵的碳原子形成的二維 平面結構，具有突出的導電、導熱、光學和機械性質，其 電阻只約^ȍFP，比銅或銀潏低，為目前世上電阻澯最 小的材料；在室溫下，其電子遷移率 HOHFWURQPRELOLW\ 超 過FP^9．V，比奈米碳管 約 FP^9．V 高，

更是矽晶 FP^9．V 的  倍以上>@。由於這些特 殊的性質使得石墨烯在高分子太陽能電池領域之應用具有 相當的潛力。

奈米銀材料與石墨烯都具有良好的導電性、與化學穩 定性，本研究主要在探討利用簡便的方法製造將奈米銀附 著於氧化石墨烯表面上。利用石墨烯的高電子遷移率，搭 配奈米銀材料特殊的局部表面電漿共振效應，將奈米銀氧 化石墨烯插層於高分子太陽能電池的電動傳輸層與主動層 間，來提升電池之光電轉換效率。

二、研究方法

 實驗材料

一 ,72 LQGLXP WLQ R[LGH JODVV VXEVWUDWH，片電阻：

RKPVT，厚度：QP，廠商：/XPWHF。

二3('27：366SRO\HWK\OHQHGLR[\WKLRSKHQHGRSHGZLWK

SRO\VW\UHQHVXOIRQLF DFLG，型號：%$7521 3 93$,

，廠商：+&6WDUFN%D\HU$*，當作電洞傳輸 層。

三 3+7：UHJLRUHJXODUSRO\KH[\OWKLRSKHQH，廠商：5LHNH

0HWDOV,QF，當作電子施體 GRQRU。

四3&%0：>@SKHQ\O&EXW\ULFDFLGPHWK\OHVWHU，

純度：，廠商：1DQR&，當作電子受體 DFFHSWRU。

五 石墨 JUDSKLWH：PHVK，純度 ，廠商：美國，

$OID$HVDUFR:DUG+LOO0HVVDFKXVHWWV。

六檸 檬 酸 鈉  VRGLXP FLWUDWH ： 分 子 式 1D&+2．    

+2，分子量 JPRO，廠商：6FKDUODX，等級：

試藥級。

七硝酸銀 VLOYHUQLWUDWH：分子式$J12，分子量 

JPRO，廠商：6KRZD，等級：試藥級，純度 。

 氧化石墨、奈米銀氧化石墨烯 *2$J 及氧化石墨 烯 *2 之製備

詳細步驟請參考我們之前的著作>@。

 電池之製備

一 ,72 玻璃蝕刻與清洗、3('27：366 電洞傳輸層、主 動層與陰極之製備，詳細步驟請參考我們之前的著作

>@。

二 奈米銀氧化石墨烯插層之製備：以奈米銀石墨烯分散 於1PHWK\OS\UUROLGRQH103 溶劑中，製備濃度 

PJPO 溶液，以超音波震盪  小時後備用。在處理



圖 高分子太陽能電池結構圖





 完成之,72 玻璃上塗佈電洞傳輸層 3('27：366，再 將奈米銀氧化石墨烯溶液使用旋轉塗佈的方式以轉 速 USP 塗佈在電洞傳輸層上形成奈米銀氧化石 墨烯塗層，製備之高分子太陽能電池結構如圖。

 儀器測試

模擬光源系統 VRODUVLPXODWRU，1HZSRUW，；條 件：照光面積：FP^，測試光源：功率P:FP^、$0

*。半導體參數分析儀 VHPLFRQGXFWRU&KDUDFWHUL]DWLRQ

6\VWHP，.(,7+/(<，6&6。紫外光可見光光譜儀

899LV，+LWDFKL，8；條件：掃描波長範圍：

QP，基準線：塗佈 3+73('27：366 之 ,72 基板。螢 光光譜儀 3/，6KLPDG]X，5)3&；條件：激發光源波 長為QP，掃描波長範圍：QP，基準線：塗佈 3+73('27：366 之 ,72 基板。掃描式原子探測顯微 鏡 630，'VWDJH；條件：測試面積：×FP^。 高解析場發射掃描式電子顯微鏡 )(6(0，-(2/ -60

)。穿透式電子顯微鏡照片是利用 -HRO-(0&;,,

穿透式電子顯微鏡電壓.Y 拍攝。

三、結果與討論

 奈米銀氧化石墨烯分析

氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯之;UD\ 繞射光譜圖 分析、奈米銀氧化石墨烯之奈米銀粒子的數量與大小之 )(6(0 圖、('6 分析數據、5DPDQ 光譜分析與 ; 光電子 能譜儀 ;36 分析，請參考我們之前的著作>@。

將奈米銀氧化石墨烯*2$J 溶液與氧化石墨烯溶液 進行紫外光可見光光譜分析，由圖  可知，氧化石墨烯在

QP 的吸收峰，對應於 & & 芳香族ππ  電子的遷移，

在QP 處的吸收峰對應於 & 2 鍵 Qπ  電子遷移>@。

奈米銀氧化石墨烯*2$J 於  QP 處之吸收峰移至

QP 這表示共軛電子對的恢復跡象，奈米銀氧化石墨烯 位於  QP 處有個新的吸收峰，這表示銀奈米粒子本身 的局部表面電漿共振效應。

 7(0 形態學分析

圖D 為氧化石墨烯之 7(0 圖，圖 E 顯示 *2$J

*2RU*2$J

$OQP

&DQP 3+73&%0*QP

3('27366QP

,72*ODVVQP

 技術學刊 第三十六卷 第三期 民國一一○年



圖 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯 *2$J 之紫外光

可見光吸收光譜







圖 D*2E*2$JF*2$J 與G*2$J 之 7(0 圖 ǘ





銀奈米粒徑約aQP，少量銀奈米分佈於石墨烯片上，

圖F 顯示樣品 *2$J 的硝酸銀含量增加，銀奈米數量 增加分佈於石墨烯片上，銀奈米粒徑約aQP，*2$J

 從圖 G 可發現銀奈米形成聚集現象。由以上結果知，

銀奈米之數量及粒徑隨著硝酸銀含量增加而增加。

 899LV 吸收光譜分析

由圖 可以看到 3+7 的吸收波長約在 aQP，

在 QP 附近有較強的吸收譜帶，由圖可知奈米銀氧化 石墨烯不會影響3+7 高分子有效共軛長度所應該有的波 長位置，且明顯的發現氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯的 加入可提高吸收度及吸收光範圍，吸收度由未添加的

提升至、、 及 ，提升幅度為 、

、及 ，造成吸光度增加的原因主要來自 於銀奈米粒子，對金屬奈米粒子而言，在可見光區有一特



圖 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯之 899LV 圖







圖 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯之螢光光譜圖





殊的局部表面電漿共振效應存在，當入射光 電磁波 的 頻率接近金屬奈米顆粒之表面電漿子頻率時，奈米金屬粒 子表面的自由電子會產生集體共振，入射光所提供的震盪 電場會引起粒子表面的電子雲產生正負偏極化現象，幫 助光的吸收，提升元件光電流產生的效率。

 螢光放射光強度分析

由圖 可以觀察到隨著奈米銀含量增加，奈米銀氧化 石墨烯放射光強度有明顯增加。含*2$J 塗層具最強螢 光放射光強度，這是因為當金屬奈米粒子置於一螢光分子 附近時，利用光激發螢光物質使其內電子躍遷到激發態放 射出螢光，其中入射光會與金屬奈米粒子產生交互作用，

也就是金屬奈米粒子的表面電漿共振現象，此過程會產生 明顯的螢光增益的現象。利用金屬奈米粒子的避雷針效應 產生了像是光學天線般的作用，以及其具有很大的吸光係 數，能夠大幅吸收入射光達成光捕捉的效應，產生局部電 場增益效應，所以奈米銀粒子的增加，放射螢光強度也隨 之增強。











       

$EV RU EDQF H

:DYHOHQJWKQP

QP

QP

QP

QP

QP

^*2_*2$J

D

D E E

F

F G G











 

:DYHOHQJWKQP 

$EV RU EDQF H

3+73&%0

*23+73&%0

*2$J3+73&%0

*2$J3+73&%0

*2$J3+73&%0















    

:DYHOHQJWKQP

  

3O ,Q WH QV LW\ DX 

3+73+73&%0

*23+73&%0

*2$J3+73&%0

*2$J3+73&%0

*2$J3+73&%0

 歐珍方：奈米銀氧化石墨烯對高分子太陽能電池光電轉換效率的影響 



圖 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層之表面形態圖



 掃描探針顯微鏡 630 分析

薄膜表面的形態對電池性能的影響是相當重要的，過 於粗糙的表面可能會形成電子的捕抓點，不利於電荷的傳 輸，不平整的薄膜也會造成光的損失，使激子產生率減少、

電子電洞再結合機率增加。圖 為氧化石墨烯與奈米銀氧 化石墨烯塗層之630 表面形態圖。高低差與均方根粗糙度 5T 彙整於表一，由表一可知氧化石墨烯與奈米銀氧化石 墨烯塗層高低差分為QP、QP、QP 與 QP，均 方根粗糙度分別為QP、QP、QP 與 QP。

由此結果可知*2$J 塗層，具有最低高低差與最小的粗 糙度，而 *$J 塗層，因顆粒有明顯聚集現象 由 6(0 圖，導致其粗糙度上升與高低差提高。

 場發射掃描式電子顯微鏡分析 )(6(0

利用場發射掃描式顯微鏡，觀察氧化石墨烯與奈米銀

表一 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層的高低差及表 面粗糙度

氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層

成份 高低差 QP 5TQP

*2  

*2$J  

*2$J  

*2$J  







圖 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層之之 )(6(0 圖D*2E*2$JF*2$JG*2$J  ǘ





氧化石墨烯塗層，了解成分對的奈米粒子大小與粒子分散 散的影響，拍攝倍率為 倍。

圖  為氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層之 )(

6(0 圖，由圖 D 可發現 *2 之顆粒明顯大於其他三種

*2$J。由圖可發現三種 *2$J 中，以 *2$J 之大小最 均勻分散性也最好，而*2$J 之顆粒則有聚集現象。此 結果與掃描探針顯微鏡之結果相符，*2$J 塗層具最大 的粗糙度與最高的高低差，而*2$J 塗層具最小的粗糙 度與最低的高低差。

 -9 特性曲線分析

一般由太陽電池 -9 曲線上 9033、,033 點，與 原點所構成的最大矩形面積可判斷效率好壞，由圖 可看 出含*2$J 塗層時具有較大的矩形面積，因此效率也較 其他添加物來的高，其光電特性如表二所示，由表二可知 當電池含氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯塗層，-VF、)) 與 3&( 皆有明顯的提升而開路電壓並無明顯改變，推測 其原因為，開路電壓主要受兩極間功函數及高分子的 +202KLJKHVWRFFXSLHGPROHFXODURUELUDO 能階與 /202 

QP

QP

 +HLJKW6HQVRU  μP

 +HLJKW6HQVRU  μP

 +HLJKW6HQVRU  μP

QP

 +HLJKW6HQVRU  μP

QP

D*2塗層之表面形態圖

E*2$J塗層之表面形態圖

F*2$J塗層之表面形態圖

G*2$J塗層之表面形態圖

D E

F G

 技術學刊 第三十六卷 第三期 民國一一○年

表二 氧化石墨烯與奈米銀氧化石墨烯塗層對電池光電特 性之影響

$FWLYHOD\HU3+73&%0 

'HYLFH 9RF9 -VFP$FP^ )) 3&( 6WDQGDUG     

*2    

*2$J    

*2$J    

*2$J    

：電池結構：3(7,723('27：3663+7：3&3'7%7：

3&%0&D$O







圖 含氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯塗層電池之 -9 曲線圖





ORZHVWXQRFFXSLHGPROHFXODURUELWDO 能階的影響，所以將 氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯插層至元件結構中，並不 會改變元件整體的能帶結構，因此開路電壓沒有明顯變 化。而短路電流密度、填充因子與光電轉換效率皆有明顯 的提升，顯示插層*2 或 *2$J 於電動傳輸層與主動層間 皆能有效提高電池之光電性質。

插層氧化石墨烯 *2 雖可提升高電池之短路電流密

度、填充因子與光電轉換效率，但其提升效果還是不如奈 米銀氧化石墨烯*2$J。三種 *2$J 中以 *2$J 具最佳 提升效果，因為此電池具有最高的短路電流密度與光電轉 換效率，分別為P$FP^與，與未含奈米銀氧化 石墨烯之電池比較分別提升了 與 。由上述結 果得知以含*$J 塗層時提昇效果最高，其效率的提升主 要源自-VF與)) 的貢獻。而此結果可能是由於石墨烯具有 高電子遷移率，加上奈米銀粒子的局部表面電漿共振效應，

因此提升了高分子太陽能電池之光電性質。

圖 為於電動傳輸層與主動層間插層氧化石墨烯或奈 米銀氧化石墨烯對電池光電轉換效率的影響。由圖可知含



圖 含氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯塗層對電池光電 轉換效率的影響





*2 塗層電池之光電轉換效率由 提高至 提升 了。含 *2$J、*2$J、*2$J 奈米銀氧化石 墨烯塗層對光電轉換效率的提升比*2 更顯著，分別提升 了、與 。由圖可知光電轉換效率隨著奈 米銀氧化石墨烯內銀含量增加而提高至*2$J 的 

最高ῌ，其光電轉換效率的提高主要源自於短路電流密度 與填充因子的貢獻。雖然奈米銀氧化石墨烯內含銀含量最 多的是*2$J，但含 *2$J 塗層電池之光電轉換效率 反而降低至，比含 *2$J 塗層電池低，與 *2$J

 比較主要是因為短路電流密度的降低所造成的。由上述 結果知於電動傳輸層與主動層間插層奈米銀氧化石墨烯

*2$J 對電池之短路電流密度與光電轉換效率的提升效 果最顯著，其可能原因，由掃描式探針顯微鏡分析 圖 F 可知*2$J 塗層之均方根粗糙度最小，由 6(0 圖 圖

F 可知 *2$J 塗層之顆粒大小最均勻分散性也最好 所致。

將奈米銀氧化石墨烯插層於電動傳輸層與主動層間 之電池相關文獻報告尚無發現。較多之文獻為將石墨烯、

氧化石墨烯與石墨烯衍生物添加入主動層或電動傳輸層，

研究對電池光電轉換效率的影響。這些文獻報導如下；將 改質石墨烯 63) JUDSKHQH 以 、、、、

及 重量百分比加入 3+7：3&%0 重量比  之 主動層中製備之電池，當主動層石墨烯為時可獲最高 3&(>@。將改質石墨烯 63)JUDSKHQH 以 、

、及 重量百分比加入 3+7 取代 3&%0 當作電 子受體製備之電池，當主動層石墨烯為 時可獲最高 3&( >@。+LOO et al. 將 *2 加入 3+7 主動層當 DFFHSWRU，結果顯示不佳>@。:DQJet al.>@將 *2 以 3',

11GLRFW\OSHU\OHQHGLFDUER[LPLGH 改質後加入 3+7 主動層，結果顯示電池之 3&( 由未改質時 

提昇至 ，顯示改質後 *2 與 3+7 相容性提高。









& XUUH QW' HQ VL W\ P$ F P





  

9ROWDJH9 

6WDQGDUG

*2

*2$J

*2$J

*2$J











 6WDQGDUG *2 *2$J *2$J *2$J

'HYLFHV



  



 歐珍方：奈米銀氧化石墨烯對高分子太陽能電池光電轉換效率的影響 

:DQJ et al. >@將 JUDSKHQH 加入 3+7：327 SRO\ 

RFW\OWKLRSKHQH 主動層當 DFFHSWRU，結果顯示 3+7：

JUDSKHQH：327 為  時具最高 3&(。 年 -RV‡ƴ/XLV0DOGRQDGR 團隊利用改良 +XPPHUV 方法製備氧 化 石 墨 烯 ， 接 著 製 備 異 氰 酸 酯 官 能 化 石 墨 烯 63)

JUDSKHQH 並以不同重量比混摻至主動層 3+7：3&%0

重量比 中，元件結構為 ,723('27：3663+7：

3&%0：63)*UDSKHQH3)1)0，其光電轉換效率與未 混摻 63)JUDSKHQH 之電池相比，由 提升至 

>@。 年 -DH 團隊學者將氧化石墨烯 *2 摻雜到 3('27：366 層中作為電洞傳輸層，可增強電子伏特功函 數，改進電洞遷移率，並抑制電子阻擋降低電子電洞在結 合，有效提高導電性質>@。 年 <RRQ 等學者合成自製 銀奈米粒子層塗佈於3+73&%0 主動層前，成功利用金 屬奈米粒子的局部表面電漿共振效應增加激子 H[FLWRQV 的產生，短路電流密度因此提高了，但銀奈米粒子在 3('27：366 與 3+7：3&%0 界面卻增加了電子電洞表 面再結合 VXUIDFHUHFRPELQDWLRQ，光電轉換效率卻由 

降低至>@。本研究結果，最佳高分子太陽能電池之 光電轉換效率已上升至 ，提升率為 ，其主要 原因源自於奈米銀粒子能產生局部表面電漿共振效應與石 墨烯所具有的高電子遷移率性質所致。

四、結! 論

綜合歸納上一節的實驗測試數據分析，我們在本論文 中所獲致的結論，簡扼敘述如下幾點：

 於電動傳輸層與主動層間插層氧化石墨烯或奈米銀氧 化石墨烯確實可提升高分子太陽能電池之光電性質與 光電轉換效率，而插層奈米銀氧化石墨烯之效果又比氧 化石墨烯顯著。

 插層氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯之高分子太陽電 池之短路電流密度、填充因子與轉換效率皆比未插層時 高，顯示插層氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯能有效提 高光電性質與光電轉換效率。

 插層氧化石墨烯或奈米銀氧化石墨烯，以 *2$J 具最 佳提升效果，因為此電池具有最高的 -VF與光電轉換效 率，分別為 P$FP^與，與未插層之電池比 較分別提升了與 。其可能原因由 6(0 圖可 知在插層中以 *2$J 之顆粒大小最均勻分散性也最 好，由掃描式探針顯微鏡分析可知*2$J 插層之平整 度最佳均方根粗糙度最小，因此使 -VF與光電轉換效率 提升效果最高。

 奈米銀粒子能產生局部表面電漿共振效應能有效的增 加光電流，使高分子太陽能元件的光電轉換效率提升。

 石墨烯具有高電子遷移率，因此能給予電子明確的傳導 路徑，減少了電子電洞再結合的機會。插層氧化石墨烯 或奈米銀氧化石墨烯皆可提升電池之光電特性。

誌! 謝

感謝國科會的經費補助，使得本計畫得以順利完成，

計畫代號 16&(。

參考文獻

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Solar Energy Materials and Solar Cells

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 技術學刊 第三十六卷 第三期 民國一一○年

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 年  月  日 收稿

 年  月  日 初審

 年  月  日 複審

 年  月  日 接受