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作者(中文):林冠竹
作者(外文):Lin, Kuan Chu
論文名稱(中文):使用刮刀塗佈製作高效率有機太陽能電池及熱處理壽命提升
論文名稱(外文):High-efficiency Organic Solar Cells by Blade Coating and Enhancement of Lifetime by Thermal Treatment
指導教授(中文):洪勝富
指導教授(外文):Horng, Sheng Fu
口試委員(中文):孟心飛
冉曉雯
口試委員(外文):Meng, Hsin Fei
Zan, Hsiao Wen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學號:103063548
出版年(民國):105
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:有機太陽能電池PBDTTT-EFTPTB7熱處理刮刀塗佈壽命
外文關鍵詞:organic solar cellsPBDTTT-EFTPTB7thermal treatmentblade coatinglifetime
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本論文研究使用兩種高效率有機太陽能電池材料,分別為PBDTTT-EFT Poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)] 與 PTB7 Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]],使用刮刀塗佈製程,達到高度材料使用效率,並可應用於未來大面積化發展。
第一部分為在PBDTTT-EFT有機太陽能電池上進行熱退火、加速退火、蒸鍍機腔體退火,觀察其經快速退火後初始效率改變與壽命持續操作表現,目前經3190小時後,PCE仍維持6.04%,為目前持續操作有機太陽電池最佳壽命。
第二部分為在PTB7有機太陽能電池上進行熱退火、加速退火、改變蒸鍍電極,觀察其經熱處理後初始效率改變與後續壽命持續操作之表現,經過使用蒸鍍電極LiF熱退火975小時後,其PCE仍維持5.58%。
關鍵字:有機太陽能電池、PBDTTT-EFT、PTB7、熱處理、刮刀塗佈、壽命
This thesis uses two high efficiency organic solar materials, which are Poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5- b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2- carboxylate-2-6-diyl)] (PBDTTT-EFT) and Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5- b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4- b]thiophenediyl]] (PTB7). Blade coating is used for the deposition of the active layer as it can achieve high material usage and is scalable to large area OSC in the future.
The first part is the treatment on PBDTTT-EFT OSC by thermal annealing, rapid thermal annealing (RTA) and thermal annealing during deposition. We record the initial PCE and observe the lifetime with continuous operation on the device. With RTA, PBDTTT-EFT OSC remains a PCE of 6.04% after 3190 hours, which is the best performance in the continuous operation of OSC.
The second part is the treatment on PTB7 OSC by thermal annealing, RTA and changing deposition metal. We record the initial PCE and observe the lifetime with continuous operation on the device. With thermal annealing, PTB7 OSC remains a PCE of 5.58% after 975 hours.











Keywords: organic solar cells, PBDTTT-EFT, PTB7, thermal treatment, blade coating, lifetime

中文摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 前言 1
1.1.2 太陽能電池的發展 2
1.1.3 有機太陽能電池的發展 4
1.2 研究動機與文獻回顧 7
1.2.1 有機高分子太陽能電池的優勢 7
1.2.2 高效率混合層之有機太陽能電池 8
1.2.3 使用刮刀塗佈製程製作有機光電元件 9
1.3 論文架構 10
第二章 實驗原理 11
2.1太陽能電池基本介紹 11
2.1.1 太陽能電池原理 11
2.1.2 理想太陽能電池等效電路分析 12
2.1.3 實際太陽能電池等效電路分析 14
2.1.4 太陽能電池各項參數介紹 15
2.1.5 太陽能電池操作分析 19
2.2 有機太陽能電池的材料特性介紹與操作原理 23
2.3 本論文所使用材料 24
2.3.1 太陽能電池主動層材料 24
2.3.2 電洞傳輸層材料 27
2.3.3 陽極與陰極材料 27
2.4 實驗的元件結構與材料能帶圖 28
第三章 實驗方法與流程 30
3.1 有機太陽能電池元件製作流程 30
3.2 ITO導電玻璃基板之設計與圖像化 30
3.2.1 ITO玻璃之裁切與洗淨 30
3.2.2 乾式光阻黏貼 31
3.2.3 ITO基板曝光 31
3.2.4 ITO基板顯影 32
3.2.5 ITO基板蝕刻 32
3.2.6 殘餘光阻脫膜 32
3.3 ITO圖像化玻璃準備與標準清洗 33
3.4 ITO表面處理 34
3.5 電洞傳輸層(Hole Transport Layer, HTL)成膜 34
3.6 高分子主動層成膜 35
3.7 熱蒸鍍電極 37
3.8 元件封裝 38
3.9 元件電性量測 39
3.10 實驗儀器 40
3.10.1 自動刮刀塗佈系統 40
3.10.2 原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM) 41
3.10.3 壽命量測持續操作系統 41
第四章 實驗結果與討論 44
4.1 刮刀塗佈製程應用於高效率有機太陽能電池上 44
4.1.1 主動層材料PBDTTT-EFT 44
4.1.2 主動層材料PTB7 45
4.2 在主動層材料PBDTTT-EFT以熱處理提升壽命 47
4.2.1 使用熱退火手法對於元件之影響 47
4.2.2 使用快速退火手法對於元件之影響 49
4.2.3 使用蒸鍍機腔體加熱退火對於元件之影響 51
4.2.4 主動層材料經熱處理後之表面形貌 53
4.2.5 PBDTTT-EFT太陽能電池元件之壽命操作結果 54
4.3 在主動層材料PTB7以熱處理提升壽命 59
4.3.1 使用熱退火手法對於元件之影響 60
4.3.2 使用快速退火手法對於元件之影響 64
4.3.3 主動層材料經熱處理後之表面形貌 67
4.3.4 PTB7太陽能電池元件之壽命操作結果 68
第五章 結論 73
參考文獻 74




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