標題: 可熱交聯之碳六十、碳七十衍生物:合成、鑑定及其在反式太陽能電池之應用
Thermally Cross-Linkable Fullerene Derivatives:Synthesis, Characterization, and Applications for Inverted Solar Cells
作者: 李佩蓉
Li, Pei-Jung
鄭彥如
應用化學系分子科學碩博士班
關鍵字: 熱交聯;碳六十衍生物;thermally cross-linkable;fullerene derivatives
公開日期: 2010
摘要: 本研究設計六個容易合成的碳六十/碳七十衍生物,內含兩個可熱交聯之苯乙烯基團的樹枝狀結構,其中PC61BSD、PC71BSD 和PCBS是以目前最廣泛被利用的PCBM分子做為主體來設計,而另外三個材料POSDF、ISDF和PASDF則是分別以pyrrolidono、isoxazolo和pyrazolo之異原子五環結構,作為連接交聯基團和碳六十之間的橋樑。這些材料經由160-180 ℃的低溫加熱三十分鐘,即可在原位置完成交聯,產生一堅固可附著並具抗溶劑溶蝕力之薄膜。經由熱交聯產生的三度空間網絡,能使此中間層克服和主動層間介面溶蝕的問題,讓主動層可以成功的沈積於中間層上,實現多層反式太陽能電池元件,全程使用低成本之濕式製程製作的構想。以ITO/ZnO/C-PC61BSD/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag為結構製作的反式太陽能電池,除了可將元件效率提升到4.4%,且在元件未封裝的情況下,也表現出卓越的長期穩定性。導入中間層的元件成果,大幅的勝過未導入中間層材料,結構為ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag的反式參考元件(PCE = 3.5%)。在由C-PC61BSD和主動層之P3HT和PCBM形成的兩種局部異質介面(P3HT/C-PC61BSD和PCBM/C-PC61BSD)上,C-PC61BSD都產生許多正面的影響,包含提供額外異質接面增加激子拆解的效率、抑制漏電流、降低主動層和氧化鋅層介面間的電阻和為主動層提供成核點,誘導主動層產生更有效的縱向梯度微相分離型態,並提升電子施體P3HT的結晶度,最後還有避免電洞從氧化鋅層內的晶界,傳遞到ITO陰極。導入C-POSDF中間層之元件效率為2.33%,較參考元件差,主要歸因於POSDF較高的交聯溫度和C-POSDF抗溶劑溶蝕力較差,在其後主動層的濕式製程中會發生介面溶蝕的現象。雖然C-ISDF和C-PASDF擁有較低的LUMO能階,可提供階梯狀電子向下傳遞的途徑,但以C-ISDF和C-PASDF做為中間層之元件效率,卻出乎意料的低。推測應為C-ISDF和C-PASDF擁有較低的LUMO能階和較大的電子親和力,使得電子不能有效的傳遞到下層的氧化鋅層。此外,C-ISDF和C-PASDF所形成的交聯網絡內,分子間的排列可能異於PCBM衍生物,造成主動層型態的改變,對主動層中電子傳遞和縱向梯度微相分離產生負面影響。本研究證明,導入可熱交聯之C-PC61BSD作為元件的中間層,確實可以讓元件的效率增加,並作為往後製作高效率且高穩定之反式太陽能電池的標準程序。
URI: http://140.113.39.130/cdrfb3/record/nctu/#GT079758509
http://hdl.handle.net/11536/46099
顯示於類別:畢業論文


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