PM6/Y6混摻形態對於有機光伏元件性能之影響探討

Abstract

本研究旨在探討影響高性能PM6:Y6主動層共混形態之因素，我們總結了主要影響主動層共混形態之因素，並針對尚未被充分研究的部分著手，所以選擇了探討傳輸層表面特性與固體添加劑對於PM6:Y6主動層共混形態之影響。首先，我們選用PEDOT:PSS、氧化鎳(NiOx)、溶膠凝膠法所製備的氧化鋅(ZnO(sol-gel))與奈米顆粒型的氧化鋅(ZnO(NP))來做為PM6:Y6衍生有機太陽能電池的傳輸層。這些傳輸層表面具有不一樣的表面能、表面形態與表面粗糙度，將會影響PM6:Y6主動層的沉積，進而產生不一樣的共混形態。因此我們也近一步藉由原子力顯微鏡與低略角繞射技術來瞭解PM6:Y6共混形態上的變化。並在其中觀察到傳輸層誘導效果會隨主動層溶劑不同而有所差異。接著將不同共混形態的PM6:Y6主動層製備成有機光伏元件，並探討共混形態與元件性能之間的關係。其中PEDOT:PSS上chlorobenzene (CB)所製備的主動層展現出大的相域與高的結晶性，使得對應元件展現11.5 %的PCE。ZnO(sol-gel)上的CB衍生元件則展現截然不同的共混形態，但獲得與PEDOT:PSS衍生元件類似的PCE。導入1-chloronaphthalene (CN)添加劑後，共混形態被近一步的改善，進而使元件PCE超過13 %。同時不封裝的ZnO(sol-gel)衍生元件在環境穩定中展現良好的表現。此外，我們評估了不同共混形態的PM6:Y6主動層在室內光下的元件性質表現，其中在ZnO上chloroform (CF)所製備的元件在室內光伏元件的測試中展現出十足的潛力。最後我們也總結了固體添加劑對於PM6:Y6共混形態與元件性能的影響，並總結出高性能固體添加劑須具備的特性。