不同緩衝層和陰極對高分子太陽能電池的影響

Abstract

本篇論文探討以聚（3-己烷噻吩）：[6,6] 苯基-碳61-丁酸甲酯（P3HT：PCBM）為主動層的高分子太陽能電池效能，實驗主題分為兩大部分，第一部分是以鋁（Al）和鈣/鋁（Ca/Al）為電極。採用前退火製程時，若是在蒸鍍Al電極之前先加入低功函數的氟化鋰（LiF）、碳酸銫（Cs2CO3）緩衝層，元件的開路電壓、短路電流密度會因為主動層和LiF/Al、Cs2CO3/Al電極形成歐姆接觸而有所提升，尤其開路電壓可以提升至接近0.6V，因此，元件的效率能從1.5%提升至2.9~3.1%。同樣採取前退火製程並將Al電極換成Ca/Al電極也會觀察到類似的結果，此時元件效率為3.3%。 比較前、後退火製程對以Al為電極的元件的影響，可以發現開路電壓、短路電流密度在採取後退火製程時會提升許多，這是因為採取後退火製程會使並聯通路（shunt path）減少以及主動層的表面粗糙度增加，前者能夠增加開路電壓，後者則是增加短路電流密度。以LiF/Al、Cs2CO3/Al為電極的元件，其短路電流密度在採取後退火製程也會因為主動層的表面粗糙度增加而較採取前退火製程大，然而後退火使並聯通路減少的情形卻對其開路電壓沒什麼改變。相反地，以Ca/Al為電極的元件在採取後退火製程時會導致鈣的氧化，因此元件效能自然不如採取前退火製程。以Al、LiF/Al、Cs2CO3/Al和Ca/Al為電極並採取後退火製程的元件效率分別為3.0%、3.5%、3.4%和0.7%。 至於第二部份的實驗主題為使用Cs2CO3搭配銀（Ag）電極。此元件不論採取前或後退火製程都會因為Ag原子破壞了主動層的結構造成元件短路，因此效率皆低於0.6%。採取前退火製程並在蒸鍍Cs2CO3/Ag電極之前加入阻擋層CuPc、BCP，元件效率分別為0.4%和1.2%，這顯示BCP比CuPc能有效修復元件的短路情形。