退火處理提高 P3HT 的： PCBM 聚合物太陽能電池光電性能

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實驗細節

• 將導電玻璃經過酒精，丙酮，去離子水清洗乾淨後，用氮氣吹乾。將清洗乾淨的導電玻璃放在臭氧的環境下處理30 分鐘

• 將PEDOT： PSS旋塗在ITO 上在200℃ 的條件下熱處理 5 分鐘去除PEDOT： PSS的薄膜中的水分

• 將 P3HT 的和與 PCBM 分別溶於氯仿溶液，濃度都為 10毫克 :1 毫升，充分溶解後，將二者按體積比為 1:1 的比例混合，攪拌均勻。最後再旋轉塗佈上去最後，熱蒸發蒸鍍鋁電極

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結果與討論

從吸收光譜中可以觀察到聚合物薄膜經退火後，吸收峰紅移且吸收範圍明顯展寬，特別是在560 和 610 nm 的附近

看出經過 120 和 150℃退火的聚合物薄膜在 500-650 納米範圍內的吸收比 80℃ 退火處理後的更強

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當退火溫度為 120℃ 時，衍射強度是未經退火的 2.8 倍，說明適當的退火溫度可有效地改善 P3HT 的分子的排布方式。

在 150℃ 退火的條件下，聚合物薄膜衍射強度降低，

下降同時電池的性能也有所

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P3HT 的： PCBM 薄膜在 120℃ 退火前後電池的開路電壓從 0.32 V增大到了 0.64V ，短路電流密度從 4.03 mA·cm-2 增大到了10.25 mA·cm-2,

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結論

• 退火可有效提高聚合物薄膜對太陽光的吸收

• 適當溫度的退火有助於改善 P3HT 的分子排布方式

• 退火可以提高填充因子

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聚合物凝固時間延長，以改善聚合物 / 氧化鋅奈米柱混合太陽能電池性能

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結構

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140nm

30nm

150nmP3HT PCBM=1:1

溶解溶液為二氯苯240~400nm

結果與討論

旋轉塗佈率越慢，乾燥時間越長(film 的凝固 )

顏色從橙色變成暗紫色

乾燥時間增加 5 至 54 分

主動層厚度從 240 至 400nm

轉速下降從 1000 至 400rpm

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乾燥時間越慢，性能越好

乾燥時間最快的 (5min)

Voc:0.48V

Jsc:8.4mA/cm2

乾燥時間最慢的 (54min)

Voc:0.53V

Jsc:11.7mA/cm2

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乾燥時間越長， PCE 、 FF 越高

乾燥時間 5 分

PCE:1.58% FF:39%

乾燥時間 54 分

PCE:3.58% FF:58%

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乾燥時間越長， Voc 、 Jsc 越高

乾燥時間 5 分

Voc:0.48V

Jsc:8.4mA/cm2

乾燥時間 54 分

Voc:0.53V

Jsc:11.7mA/cm2

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乾燥時間從 1 至 54 分

旋轉塗佈率從 2400 至 400rpm

乾燥時間變長 吸收光增加

Peck 轉移至長波長區

Peck 有紅移現象

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可以明顯看出慢速乾燥比快速乾燥有粗糙的表面

粗糙的表面有較高程度的排序

增加的排序分子結構關聯到電洞遷移率增加

導致主動層平衡的載子傳輸

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在快速乾燥 ZnO 奈米柱和 polymer之間還是有空隙存在

在慢速乾燥填補了 ZnO 奈米柱和Polymer 的間距，因為延長了乾燥時間，溼膜有很長時間有效滲入ZnO 奈米柱

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結論

• 在延長乾燥時間後，有效提升Voc 、 Jsc 、 FF 、 PCE ，慢速乾燥有較強的光吸收、較粗糙的表面、 ZnO 奈米柱與有序的 polymer 之間有較好的接觸降低了 Rs 、提高 Jsc 、 FF 、 PCE 。

• 慢速乾燥雖然膜厚較厚， Rs 仍低於快速乾燥

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開發光學性質半透明陽極的P3HT:PCBM 薄膜有機太陽能電池

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實驗細節

將玻璃基板超音坡清洗泡丙酮、異丙醇然後用去離子水清洗乾

淨後，用氮氣乾燥。P3HT:PCBM重量比 1:0.8 溶

解在氯苯鉻膜與金膜在高真空環境沉積

在玻璃基板P3HT:PCBM 薄膜旋轉塗佈在金

薄膜鍍膜玻璃基板

金陽極旋轉塗佈 PEDOT:PSS 層厚度 30nm ， PEDOT:PSS 塗層樣品加熱 110 度 5 分鐘將樣品

移到高真空室

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結果與討論

Jsc 明顯從 4.87mA/cm2 提升到7.93mA/cm2 退火溫度分別在30 度與 140 度

效率大幅提升從 0.64% 提升到2.75%

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反射率與透射率達到最低

導致最大吸收波長為 140 度

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折射率從 2.03 下降至 1.81消光係數從 0.35 提高至 0.47在退火溫度 140 度

退火溫度 140 度有最好結晶度與吸收系數

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玻璃基板 /Cr(3nm)/Au(20nm) /PEDOT (30nm)/P3HT:PCBM (100nm)/Al

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吸收取決於退火溫度

可以明顯看出退火溫度

吸收系數上的差別

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結論

• P3HT:PCBM 薄膜退火溫度變化，下降折射率降低界面反射在 P3HT:PCBM 和PEDOT

• 上升了消光係數增加了光波吸收在主動層

• 適當的退火溫度決定了總體效率

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