最近在導電性高分子的研究發展，已有若干具有實用潛力的材料，其中以聚苯胺(polyaniline,PANI)為主之材料應用最為廣泛。
電化學聚合方式合成聚苯胺薄膜，因其 (1)單體價格低廉，其合成過程簡易；(2)對水及空氣的敏感性小；(3)可利用不同的本質氧化還原態及酸性溶液來控制或提升其導電度；(4) 膜的厚度可以藉由積分電量或時間參數加以控制。綜合這些優點,所以應用於有機高分子太陽能電池之電洞傳輸層，以循環伏安法生長PANI薄膜，探討不同掃描速率其表面形態對元件效率的影響與傳統電洞傳輸層PEDOT透光性與電性的差別。
主動層以poly（3-hexylthiophene）（P3HT）為電荷施體（Donor）材料及[6,6]-phenyl-C61-Butyric acid methyl ester（PCBM）為電荷受體（Acceptor）材料，P3HT具高穩定度，及於可見光有高吸收度；PCBM具高穩定度且有良好的電子傳輸特性，其元件結構下: ITO (150 nm) / PANI (50 nm) / P3HT:PCBM (100 nm) / Al (200 nm)並在AM1.5G 100Mw/cm2的模擬太陽光源下量測，當掃描速率越低其PANI薄膜的顆粒越緊密、尺寸大小越趨於一致。掃描速率為0.01 V/s成長PANI膜厚約80 nm其功率轉換效率在本實驗最高可以到1.83 %。

Recently, a variety of conducting polymer have great potentials for practical utility. Among these polymers, polyaniline (polyaniline,PANI) has the widest applications .
Using electrochemical synthesis to fabricate Aniline copolymer has several kind of advantages (i) Aniline is cheap and easy to polymerize； (ii) High stability；(iii) The conductivity of the polymer can be modulated；(iv) The thickness of PANI film can be controlled. In conclusion, it is quite useful to apply the PANI into polymer solar cells as the hole transporting layer. We used Cyclic Voltammetry to grow the PANI thin film. Then, we investigated the performance of the device affected by morphology with different sweep rate and the difference of electric characteristic and transmission between PEDOT and PANI.
P3HT was used as a donor material because of its high stability and high absorption in visible light. PCBM was used as a acceptor material because of its high stability and high electron transportation. The device was constructed of ITO (150 nm) / PANI (50 nm) / P3HT:PCBM (100 nm) / Al (200 nm). When the sweep speed is lower, the particle of PANI thin film is closer and its scale size is more similar. When the sweep rate is 0.01 V/s, PANI thin film would grow about 80 nm, and the power conversion efficiency of 1.83% was achieved under AM1.5G 100mW/cm2 illumination.

目錄
誌 謝 I
中文摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1-1 尋找新能源.........................................1
1-2 有機太陽能電池簡介.................................4
1-3 有機太陽能電池結構演進.............................6
1-4 有機太陽能電池材料簡介............................13
1-5導電高分子聚苯胺...................................16
1-6 研究動機..........................................21

第二章 基本理論 23
2-1 轉移機制..........................................23
2-2 光電轉換原理......................................25
2-3 太陽光模擬........................................30
2-4 太陽電池等效電路..................................36
2-5 光電特性參數......................................38
第三章 實驗流程 43
3-1 實驗架構..........................................43
3-2 實驗藥品..........................................45
3-3 製程儀器..........................................47
3-4 量測分析儀器......................................50
3-5 實驗步驟..........................................63
第四章 結果與討論 69
4-1 材料分析結果與討論................................69
4-2 元件製程結果與討論................................85
第五章 總結 95
參考文獻 96





圖目錄
圖1-1 無機太陽能電池的種類 2
圖1-2 蔥(Anthracene)化學結構圖 6
圖1-3 (a)單層結構有機太陽能電池 9
圖1-3 (b)雙層異質接面結構有機太陽能電池 10
圖1-3 (c)混合層異質接面結構有機太陽能電池 11
圖1-3 (d)接合層異質接面結構有機太陽能電池 12
圖1-4 PEDOT:PSS分子結構式 13
圖1-5 聚苯胺常見的通式…………..…..…….……………....……17
圖1-6 聚苯胺的四種理想型態 18
圖1-7 聚苯胺的電化學聚合反應機構..............................................20
圖2-1 轉移機制示意圖 24
圖2-2 光電轉換原理示意圖 28
圖2-3 AM0、AM1.5及6000K太陽黑體輻射光譜 33
圖2-4 太陽空氣質量(AM)輻射單位及其入射角定義示意 33
圖2-5 通過大氣氣體衰減之海平線上地表太陽光譜 34
圖2-6 ASTM891 AM1.5D及ASTM892 AM1.5G光譜 34
圖2-7 有機高分子太陽能電池的等效電路 42
圖2-8 有機高分子太陽能電池的I-V curve 42
圖3-1 實驗架構圖 44
圖3-2 (a)PEDOT：PSS分子結構 46
圖3-2 (b)P3HT分子結構 46
圖3-2 (c)PCBM分子結構 46
圖3-3電化學分析儀示意....................................................................47
圖3-4電漿機示意圖............................................................................48
圖3-5 紫外光/可見光光譜儀光學系統模型 50
圖3-6 (a)PESA原理示意圖 (b)量測結果與判定 52
圖3-7 四點探針量測儀示意圖 54
圖3-8 AFM的主要結構原理 57
圖3-9 AFM表面粗糙度計算示意圖.................................................57
圖3-10 太陽光譜模擬器組合架構 59
圖3-11 表面輪廓儀機台構造 61
圖3-12 表面輪廓儀原理示意圖 61
圖3-13 場發射型掃描式電子顯微鏡 62
圖3-14 ITO陽極圖形光罩(Mask) 65
圖3-15 ITO陽極圖形蝕刻流程 65
圖3-16有機高分子太陽能電池製程流程圖 68
圖4-1 不同掃描速率PANI的UV-Vis穿透光譜圖 70
圖4-2 P3HT的UV-Vis吸收光譜圖 70
圖4-3霍爾效應量測PANI結果………………………….………. 71
圖4-4不同掃描速率功函數量測 72
圖4-5 以PEDOT為電洞傳輸層之元件結構能階圖 73
圖4-6 以PANI為電洞傳輸層之元件結構能階圖 73
圖4-7 PANI重量與溫度的對照圖…………………..…….……….74
圖4-8 PANI 掃描速率 0.1 (V/s) SEM圖…………………………76
圖4-9不同掃描速率PANI倍率5000倍的SEM圖…………….…77
圖4-10不同掃描速率PANI倍率50000倍的SEM圖 78
圖4-11不同掃描速率PANI的表面粗糙度2D、3D圖.................80
圖4-12 PANI的表面塗佈上DA層烤乾後粗糙度2D、3D圖……..82 圖4-13 PANI表面上的DA層烤乾再熱處理粗糙度2D、3D圖…84
圖4-14開路電壓與掃描速率對照圖………………………………89圖4-15短路電流與掃描速率對照圖………………………..……..90
圖4-16填充因子與掃描速率對照圖................................................91
圖4-17功率轉換效率與掃描速率對照圖………………….………92
圖4-18高分子太陽能電池未經熱處理的I-V curve……………….93
圖4-19高分子太陽能電池經過熱處理的I-V curve……….……….93
圖4-20 元件R的PANI薄膜SEM圖................................................94
圖4-21元件R的PANI表面粗糙度2D、3D圖.................................94




表目錄
表1-1 無機太陽能電池之種類及特性 3
表2-1 不同空氣質量定義之太陽光輻射其單位面積入射功率 35
表3-1 AFM表面粗糙度定義 56
表4-1 PEDOT與PANI功函數值…………...……………………….73
表4-2 不同掃描速率PANI薄膜的表面粗糙度變化….………….79
表4-3 PANI薄膜上DA層以90℃10分鐘烤乾的表面粗糙度...…81
表4-4 PANI薄膜上DA層90℃10分鐘烤乾再以90℃10分鐘熱處理的表面粗糙度變化………………………………………..83
表4-5 未經熱處理的元件量測參數………………………………..92
表4-6經過熱處理的元件量測參數…………………….…………..92

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