TWM563664U - 可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構 - Google Patents
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Abstract
本創作係提供一種可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構，主要係令該(PEDOT：PSS)及該(MoO3)之體積比為1：3；該(P3HT)、(PCPDTBT)及(PC61BM)之重量比為1：0.04：1；藉此本創作將三氧化鉬以1：3體積比例混摻作為電洞傳輸層其PCE由1.97%提升至3.11%，提升了58%，JSC由8.57mA/cm2提升至9.61mA/cm2，提升了12%，填充因子由0.44提升至0.61，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，因此開路電壓有明顯的提高，也使整體提高了較大的光電轉換效率者。
Description
本創作係有關一種可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構，尤其是一種尤其是一種具有較高的載子遷移率及較的化學及物理穩定度，達到提升太陽能電池的光電轉換效率之結構者。
按，傳統太陽能電池第一代為矽晶的無機太陽能電池，其缺點為矽本身吸光的係數較低，導致電池稍嫌厚重、材料多，製備矽的過程需經冶煉、消耗很多能量，也要在真空中處理，使其製造成本偏高。因此，無機太陽能電池製作過程恐有高耗能、高污染的疑慮。相較於上述的無機太陽能電池價格昂貴而難以普及化，有機太陽能電池便有相當的優勢來取代無機太陽能電池，高分子有機太陽能電池的發展潛力讓人驚豔，尤其在生產成本低、可撓曲、輕薄、製程簡單等等優勢下，相信未來可以用於改善人類的生活。目前高分子有機太陽能電池在光電轉換效率值上仍無法與無機太陽能電池相提並論，但經過許多學者的努力研究後，我們可以發現高分子有機太陽能電池的光學轉換效率正慢慢地提升，目前研究的方法包含：合成低能隙材料增加光吸收、運用疊層結構(tandem cell)、不同製程條件……等。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(bulk phase)相比更是明顯不一樣，無機奈米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，使用無機奈米材料可以保有原有元件特性，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一大趨勢。
是以，針對上述無機太陽能電池所存在之問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新結構，實使用消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力
研發突破之目標及方向。有鑑於此，創作人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本創作。
即，本創作之主要目的，係在提供一種可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構；其所欲解決之問題點，係針對習知無機太陽能電池製造過程需經冶煉、消耗很多能量，也要在真空中處理，使其製造成本偏高問題點加以改良突破；而其解決問題之技術特點，主要係藉由包括：一陽極層(ITO PET)，該陽極層係為一ITO軟塑性玻璃材質製成；一電洞傳輸層(PEDOT：PSS：MoO3)，係覆設於該陽極層之上端面，該電洞傳輸層係包含有複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)及複數三氧化鉬(MoO3)混合而成；其中該複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)及該複數三氧化鉬(MoO3)之體積比為1：3；一主動層(P3HT：PCPDTBT：PC61BM)，係覆設於該電洞傳輸層之上端面，該主動層係包含有複數聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT(p型材料))聚合物半導體、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester,PC61BM(n型材料))混合而成；其中該複數聚3-己基噻吩(P3HT)、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)及複數苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)之重量比為1：0.04：1；一陰極層(Ca/Al)，該陰極層係覆設於該主動層之上端面，該陰極層係包含一鈣質層(Ca)及一鋁質層(Al)所構成；藉此創新獨特設計，使本創作將三氧化鉬以1：3體積比例混摻作為電洞傳輸層其PCE由1.97%提升至3.11%，提升了58%，JSC由8.57mA/cm2提升至9.61mA/cm2，提升了12%，填充因子由0.44提升至0.61，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，因此開路電壓有明顯的提高，也使整體提高了較大的光電轉換效率者。
10‧‧‧陽極層
20‧‧‧電洞傳輸層
21‧‧‧聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)
22‧‧‧三氧化鉬
30‧‧‧主動層
31‧‧‧聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT(p型材料))聚合物半導體
32‧‧‧低能帶隙聚合物(PCPDTBT)
33‧‧‧苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester,PC61BM(n型材料))
40‧‧‧陰極層
41‧‧‧鈣質層
42‧‧‧鋁質層
第1圖：係本創作之剖視圖。
第2圖：係本實施例之紫外線光可見圖。
第3圖：係本實施例之PL螢光光譜圖。
第4圖：係本實施例之J-V曲線圖。
本創作提供一種可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構，包括：一陽極層(ITO PET)(10)，該陽極層(10)係為一ITO軟塑性玻璃材質製成；一電洞傳輸層(PEDOT：PSS：MoO3)(20)，係覆設於該陽極層(10)之上端面，該電洞傳輸層(20)係包含有複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)(21)及複數三氧化鉬(MoO3)(22)混合而成；其中該複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)(21)及該複數三氧化鉬(MoO3)(22)之體積比為1：3；一主動層(P3HT：PCPDTBT：PC61BM)(30)，係覆設於該電洞傳輸層(20)之上端面，該主動層(30)係包含有複數聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT(p型材料))(31)聚合物半導體、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)(32)及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester,PC61BM(n型材料))(33)混合而成；其中該複數聚3-己基噻吩(P3HT)(31)、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)(32)及複數苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)(33)之重量比為1：0.04：1；一陰極層(Ca/Al)(40)，該陰極層(40)係覆設於該主動層(30)之上端面，該陰極層(40)係包含一鈣質層(Ca)(41)及一鋁質層(Al)(42)所構成者。
本創作之製造方法，包括：一陽極層(ITO PET)(10)，該陽極層(10)係為一ITO軟塑性玻璃材質製成，經蝕刻後清洗備用，並放入該紫外線光表面處理10分鐘；
一電洞傳輸層(PEDOT：PSS：MoO3)(20)，係覆設於該陽極層(10)之上端面，該電洞傳輸層(20)係包含有複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)(21)及複數三氧化鉬(MoO3)(22)混合而成混合液；所述之覆設方式係藉由將上述混合液以5000rpm、50秒的轉速旋轉塗佈不同體積比例之該複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)(21)及該複數三氧化鉬(MoO3)(22)為1：3混合液於該陽極層(10)表面，塗佈完成後於120℃下將該陽極層(10)及該電洞傳輸層(20)烘烤10分鐘，令該電洞傳輸層(20)呈固化狀；一主動層(P3HT：PCPDTBT：PC61BM)(30)，係覆設於該電洞傳輸層(20)之上端面，該主動層(30)係包含有複數聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT(p型材料))(31)聚合物半導體、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)(32)及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester,PC61BM(n型材料))(33)混合而成混合液；所述之覆設方式係藉由將上述混合液以二段轉速：(500rpm、60秒；1600rpm、1秒)的轉速旋轉塗佈不同重量比例之該複數聚3-己基噻吩(P3HT)(31)、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)(32)及複數苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)(33)為1：0.04：1混合液於該電洞傳輸層(20)表面，經過溶劑退火10分鐘後，再將該陽極層(10)及所覆設結合之該電洞傳輸層(20)及該主動層(30)置於加熱裝置以120℃、30分鐘烤乾，令該主動層呈固化狀；一陰極層(Ca/Al)(40)，該陰極層(40)係覆設於該主動層(30)之上端面，該陰極層(40)係包含一鈣質層(Ca)(41)及一鋁質層(Al)(42)所構成，所述之覆設方式係將該鈣質層(Ca)(41)及該鋁質層(Al)(42)熱蒸鍍於該主動層(30)表面，即完成元件製作者。
請參閱第2圖所示，其係本創作實施例之實驗數據所產生之紫外線光可見圖，其中本創作最大吸收度為0.98，主動層之吸收波長約在450~650nm，藉此，本創作將三氧化鉬混摻作為電洞傳輸層可形成核心-殼結構能使成膜性更佳，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，並提高吸光度，吸收更多的光就能使更多的電子電洞對在主動層中產生，增加光電流；請參閱第3圖所示，其係本創作實施例之實驗數據所產生之
PL螢光光譜圖，由圖示中可發現將三氧化鉬混摻作為電洞傳輸層可形成核心-殼結構能使成膜性更佳，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，能產生較佳的放射光強度；請參閱第4圖所示，其係本創作實施例之實驗數據所產生之J-V曲線圖，可發現將三氧化鉬以1：3體積比例混摻作為電洞傳輸層其PCE由1.97%提升至3.11%，提升了58%，JSC由8.57mA/cm2提升至9.61mA/cm2，提升了12%，填充因子由0.44提升至0.61，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，因此開路電壓有明顯的提高，也使整體提高了較大的光電轉換效率。
藉此，本創作將三氧化鉬以1：3體積比例混摻作為電洞傳輸層其PCE由1.97%提升至3.11%，提升了58%，JSC由8.57mA/cm2提升至9.61mA/cm2，提升了12%，填充因子由0.44提升至0.61，配合主動層加入PCPDTBT更能增進紅外光之吸收，因此開路電壓有明顯的提高，也使整體提高了較大的光電轉換效率者。
歸納上述的說明，藉由本創作上述結構的設計，可有效克服習式新型所面臨的缺失，進一步具有上述眾多的優點及實用價值，因此本創作為一創意極佳之新型創作，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，故本創作已符合新型專利有關『新穎性』與『進步性』的要件，乃依法提出申請。
Claims (1)
- 一種可提升光電轉換效率之軟性高分子太陽能電池之結構，包括：一陽極層(ITO PET)，該陽極層係為一ITO軟塑性玻璃材質製成；一電洞傳輸層(PEDOT：PSS：MoO3)，係覆設於該陽極層之上端面，該電洞傳輸層係包含有複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)及複數三氧化鉬(MoO3)混合而成；其中該複數聚(3,4-二氧乙烯噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)及該複數三氧化鉬(MoO3)之體積比為1：3；一主動層(P3HT：PCPDTBT：PC61BM)，係覆設於該電洞傳輸層之上端面，該主動層係包含有複數聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene),P3HT(p型材料))聚合物半導體、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)及複數苯基-C61丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methylester,PC61BM(n型材料))混合而成；其中該複數聚3-己基噻吩(P3HT)、複數低能帶隙聚合物(PCPDTBT)及複數苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)之重量比為1：0.04：1；一陰極層(Ca/Al)，該陰極層係覆設於該主動層之上端面，該陰極層係包含一鈣質層(Ca)及一鋁質層(Al)所構成者。
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