在有機太陽能電池中，界面的特性在元件光電轉換效率扮演著重要的角色。由文獻可知，電洞傳輸層具有一定粗糙度時，可增加與主動層間的接觸面積，使陽極更能有效收集電洞，另一方面，粗糙的表面使入射光在進入主動層後，產生散射，因而增加光的吸收。改變電洞傳輸層表面型態的方法有很多，如溶劑處理、加入添加物等，然而上述製程方式，易受到環境及外在條件影響，粗糙度不易控制，造成製程不穩定，再現性低。
本研究將在電洞傳輸層PEDOT:PSS上直接經由Rubbing處理刷出溝槽，並以改變烘烤溫度及Rubbing下壓力的方式，有效控制溝槽深度，以便掌握粗糙度，使製程趨於簡單且穩定性高。實驗中發現，具有溝槽之電洞傳輸層(Rubbing-PEDOT:PSS)，可提升太陽能電池元件的效率。經由AM1.5G 100mW/cm2 的太陽光模擬器量測，得知在1/3溝槽深度時，光電轉換效率可由標準片2.03%增加至2.36 %，主要提升原因為短路電流由5.67mA/cm2提高至6.67 mA/cm2。提升太陽能光電轉換效率約17.6%，元件結構如下ITO(1500Å)/Rubbing-PEDOT:PSS(500Å)/P3HT:PCBM(800Å)/Al(2000Å)。

In organic solar cell, the surface characteristic plays an important role in the power conversion efficiency of solar cell device. According to the literatures, the increased roughness can increase the contact area at the interface between PEDOT:PSS and active layer, improving hole extraction to the anode. Furthermore, a rough interface may cause a scattering effect on the incident light, which can reflect the out-lost-light back into the active layer and leads an efficient light absorbed. There are many ways to change the morphology of hole transporting layer, such as solvent-treated, or additives adding. However, the above process methods are easily affected by the external environmental conditions. It’s difficult to get the surface morphology been well controlled, resulting in a process instability and low reproducibility.
In this research, we will create regular grooves on hole transporting layer by rubbing method. By changing baking temperature and rubbing pressure adjustment of PEDOT:PSS layer; we can precisely control the groove depth and surface morphology. This method makes the process simple and high stability. We found that the PEDOT:PSS hole transporting layer with a suitable depth grooves can enhance the power conversion efficiency. The power conversion efficiency of samples were measured under AM 1.5G 100mW/cm2 illumination. In our results, we found that the device possess about 14.52nm-depth of groove structure, the power conversion efficiency of devices can be increased from 2.03% to 2.36% (which is 17.6% improved). This consequence can be attributed to a short current density increasing from 5.67mA/cm2 to 6.67mA/cm2 based on the device structure is ITO(1500Å)/Rubbing-PEDOT:PSS(500Å)/P3HT:PCBM(800Å)/Al(2000Å).

誌謝 I
中文摘要 III
Abstract IV
目錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 替代性能源 1
1-2 太陽能電池的定義 2
1-3 無機與有機太陽能電池介紹 4
1-4 有機太陽能電池結構演進 6
1-4-1 單層結構有機太陽能電池 6
1-4-2 雙層異質界面結構有機太陽能電池 7
1-4-3 混合層異質界面結構有機太陽能電 8
1-4-4 接合層異質界面結構有機太陽能電 11
1-5 研究動機 13
第二章 理論基礎 15
2-1 能量及電荷轉移機制 15
2-2 光電轉換原理 17
2-3 太陽能電池等效電路 23
2-4 光電特性參數 25
2-4-1 短路電流 26
2-4-2 開路電壓 26
2-4-3 填充因子 27
2-4-4 功率轉換效率 27
2-5 太陽光模擬 29
第三章 實驗流程 34
3-1 實驗架構 34
3-2 實驗材料 35
3-3 藥品配置 37
3-3-1 電洞傳輸層PEDOT:PSS 37
3-3-2 P3HT/PCBM 37
3-4 實驗步驟 38
3-4-1 ITO陽極圖形化 38
3-4-2 ITO玻璃基版清洗 40
3-4-3 有機太陽能電池元件製程 41
3-5 製程設備 44
3-5-1 超音波清洗機（Ultrasonic cleaning）44
3-5-2 加熱盤 (Hot plate) 44
3-5-3 電漿清洗機（O2 plasma） 44
3-5-4 旋轉塗佈機（Spin coater） 45
3-5-5 手套箱（Glove box） 46
3-5-6 蒸鍍機（Evaporator） 46
3-5-7 紫外光曝光機（UV exposure） 47
3-6 量測儀器 48
3-6-1 紫外光/可見光光譜儀（UV-Vis） 48
3-6-2 表面輪廓儀（Surface profiler） 49
3-6-3 原子力顯微鏡 (AFM) 50
3-6-4 太陽光譜模擬量測系統 ( Solar simulator system) 53
第四章 結果與討論 55
4-1 基礎分析 55
4-1-1 硬烤溫度與時間之優化 55
4-1-2 軟烤溫度之優化 63
4-1-3 探討不同下壓力條件下之溝槽參數 65
4-2 元件特性 74
4-2-1 不同溝槽深度之電性趨勢 74
4-2-2 元件暗電流表現 79
總結 83
參考文獻 84

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