Application of Coplanar-donor-based Organic Small Molecules on Novel Hetero-junction Photovoltaic Devices
Date Issued
2013
Date
2013
Author(s)
Li, Ying-Chi
Abstract
本篇論文研究內容主要設計以共平面的芳香系統做為推電子基 (D unit) ，並以2,1,3-苯併噻二唑-二氰乙烯(2,1,3-benzothiadiazole-dicyanovinylene) 做為拉電子基 (A-A unit)，形成一系列以D-A-A為主要架構的分子。希望利用共平面性之推電子基優良的電洞傳輸效率，與其優良的分子間作用力來引導分子間的排列，進而提升有機染料於異質接面光伏裝置之元件表現。
在本篇論文中首先合成了以雙噻吩併吡咯 (dithieno [3,2-b:2'',3''-d] pyrrole，簡稱DTP) 做為推電子基，並且在DTP的α位置上引入對-甲苯基或對-苯甲醚基，以2,1,3-苯併噻二唑-二氰乙烯做為拉電子基，合成一共三個染料分子，分別為DB、TDB、ADB。芳香基團的修飾不僅可以增加電化學穩定性亦能延長分子之共軛系統，在光能的吸收和外部量子效率的表現也因此有所提升。而在三個分子中，末端以對-甲苯基修飾的TDB作為電子提供者，搭配C70作為電子接受者的元件中，在AM 1.5光照條件下，短路電流密度(short-circuit current density, Jsc) 為13.31 mA/cm2，開路電壓 (open-circuit voltage, Voc) 為0.75 V，填充因子(fill factor)為0.45，效率可達到4.50 %。
當進行真空蒸鍍時，TDB與ADB會有熱裂解的現象，推測是因為過大的分子量導致昇華時所需溫度過高。因此本研究進一步選擇了噻吩併吲哚(thienoindole) 做為推電子基，以改變分子設計的方式來改良DB系列之缺點。首先將噻吩置換成苯環，接著嘗試改變噻吩與吲哚的相對位置，最後再以2,1,3-苯併噻二唑-二氰乙烯做為拉電子基，合成出兩個染料分子，分別為T4B以及T5B。目前雖然尚未製作成元件，但由於其優異的光物理與電化學性質表現，未來在效率上之表現非常令人期待。
而近年來，石墨烯相關之研究也蓬勃發展，其中由於氧化石墨烯具有與石墨烯相同的高表面面積和與C70良好的相容性，同時克服了石墨烯溶解度較差的問題，因此希望能藉由引入氧化石墨烯來提升元件的性質與表現。在本篇論文中，透過在分子設計中引入炔基與疊氮基，以速配化學 (Click chemistry) 成功合成氧化石墨烯與有機小分子的複合系統。利用本篇論文所開發出之D-A-A分子為架構，其中以末端帶有炔基修飾的TDBP作為有機染料，與氧化石墨烯經過速配化學之後所得的複合系統g-TDBP，搭配C70作為電子接受者元件中，在AM 1.5光照條件下，短路電流密度為8.59 mA/cm2，開路電壓為0.72 V，填充因子為0.43，效率可達到2.68 %。本研究結果是目前所有將有機染料與氧化石墨烯形成複合系統後，應用於異質接面光伏裝置之研究中，元件效率表現最高的研究。
Subjects
有機小分子
異質接面光伏裝置
氧化石墨烯
SDGs
Type
thesis
File(s)![Thumbnail Image]()
Loading...
Name
ntu-102-R01223192-1.pdf
Size
23.32 KB
Format
Adobe PDF
Checksum
(MD5):55be01a0615d9ee40426954b9223bd00