TW200405559A - Method for the post-treatment of a photovoltaic cell - Google Patents

Description

200405559 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種光伏特電池之後續處理方法，其具一 二分子成份構成之光祕層，即1子施體及—電子受體，尤指 -共輛聚合物成份及-富勒缔成份而言，並具有二設置於光感應 層兩侧之金屬修’而光伏特電池會在—預設處輯間内，以超 過電子施體之玻璃臨界溫度進行熱處理。 【先前技術】 所謂之共輛塑膠’係指i連續交互單鍵及雙鍵具有關於電 子能量與半導體㈣之娜，以至於其村透過轉之方式，由 非導電性轉變成金屬性《導電狀態。細之聽塑膠，舉例有聚 苯、聚苯乙烯、鐘吩或聚苯胺。由共姉合物構成之光伏特聚 合物電池之能量轉換效率，典型係處於10-3及10-2%之間。習知 之（美國專利案US 5 454 880A)係為改善光效率，其光感應層 係由二分子成份所構成，其一為電子施體之共軛聚合物，^ 為電子受體之富勒烯，尤指巴克明斯特富勒烯Q()。在該二成份 間<界面上，藉由光所引發之非常快速之電予運動，造成相當程 度之粒子再結合及一相當程度之粒子隔離，而阻止帶電粒子進行 進一步的結合。該有效之粒子隔離，只發生在電子施體及電子受 體間之界面區域，因此為電子受體之有效之富勒婦成份，在構成 電子施體之聚合物中儘可能均勻分佈。 與非晶狀基體相較，結晶態聚合物基體之電子移動性較大， 並且在超過玻璃臨界溫度之下，結晶形成增加可被顯示，因此習 知之光伏特電池可利用熱進行後續處理，以便提昇效率。此時， 光伏特電池於60°C至150°C之處理溫度下，在ih處理時間中， 其得到之效率上限約為3〇/〇，且該值已無法再利用最佳化之熱處 6 200405559 理加以提昇。 【發明内容】 後續==:口建立-種光伏特電池進行 =ί:特電池上之’所施加，其開路電壓 於熱處_，受光讀電池之電極所 ，池之效率可ι令人料之方式提昇。該效;^；且= 此《解釋為·增加之帶電粒子、 ，中。該增加之帶電電子促使聚合物下於=場： 齊，其前提即聚合物分子有-適當之運動性’其藉由 以超過聚合物絲之朗臨界溫度加熱 對齊聚合物之方式，可使㈣^羊、道#于保障这加強 及光咸U 拉子^導電性提高。此外，電極 及先感應制（電性_，村獲得持久性之改善， Ϊ内邵之串聯電阻變小。由於轉電阻變小，因此短路電流及充 電因數也隨之變大。 姓•為使帶電粒子能經由電場注入光感應聚合物成份中，在光伏 、电池《電極上所杨及用為激發電場之激發電壓，關相對超 過光伏特電>也之開路電壓。為達H好之絲，激發電壓至少 須超過開路電壓1V。在多數之應用情況下，如果選擇2·5ν至 =間之激發電壓是特別合適之比例。激發電壓之上限，本質為 又限方；光伏特遠池對所施加電場之負荷能力。一激發電壓提高至 =:·5。至”圍時’其本身並不提高光一 7 200405559 經過-疋之處理時間後’熱處理對光感應聚合物成份結晶化 趨勢產生之良好影響將開始下降，以致齡該時間内，最^加以 限制受熱絲電鄉響Τ之献特·。2至8分鐘之間之處理 時間係-良好之熱處理歧條件，所以最佳之處料間 至5分鐘之間。 μ 【圖式簡單說明】 藉由下酬式更進-步說明根據本發明之光伏特f池之 處理方法，各圖式内容如下： 圖一 一光伏特電池進行後續處理之截面示意圖， ϋ二-基本結構完全相同之光伏特池，但分別為未經熱處理、 經熱處理、以及一於電場之影響下經過熱處理，其電壓及 電流密度間之特性曲線， 圖二同為一構造完全相同之光伏特電池，分別於未經熱處理、 經熱處理、以及於電場之影響下經過熱處理時，各入射之 光能量針對其光子激發波長之電荷捕獲率，以及 圖四在受及不受電場影響時，光伏特電池與其熱處理時間所達 到之效率之關係圖。 【實施方式】 根據圖一，光伏特電池係由一透光之玻璃載體1與鍍有—層 由銦_錫-氧(ITO)之電極2所構成。於通常覆有一平滑層之電極1 上方’係覆上一層由兩種分子成份所構成之光感應層3，即—共 軛聚合物成份及一富勒烯成份，該平滑層是由一種經摻雜且能導 黾之聚合物所構成，通常為聚乙烯乙噻吩（pED〇T)。光感應屑 3係覆上一層相對電極4，其應用IT〇做為收集電洞之電極2 : 該電極係由鋁覆層所構成，做為一收集電子之電極。 於該實施例之情況中，係採用多噻吩做為聚合物成份，該優 200405559 良之結晶化特性，使其具有形成良好電洞導體之條件。以多噻吩 而言，係採用聚各己基噻吩（P3HT)、及一曱烷富勒稀，即[6.6]-苯基-Cm-丁基酸甲酯（PCBM)做為電子受體。在ι〇·ι至1〇_2毫 巴之真空經過約45分鐘之乾燥時間後，於光感應層覆蓋之前， 在塗層厚度為l25nmiITO電極2上，將覆上一層厚度約為5〇nm 之聚乙烯乙嚷吩-聚丰乙埽橫酸（PEDOT-PSS )，且以一種溶液形 式，即每一毫升之溶劑含有l〇mgP3HT及20mgPCBM。該溶劑 為1.2-二乳聯笨。在10至10 2毫巴之真空下經過約45分鐘之 乾燥時間後，首先覆上一層0.6nm之氣化鋰，然後在相同之高真 空步驟下（1〇·6毫巴）下，再蒸鍍上一層塗層厚度為70nm之鋁 電極。 依此方式製成之光伏特電池，將經過一後續之熱處理，及與 一個電場相結合。針對此目的，該光伏特電池置放於一熱台5 上，其中電極2及4與一電壓源6相連接。在達到2·7ν之電極 2及4之間，一旦光感應層3加熱至一介於川^至75°c間之處 理溫度時，亦超過聚合物成份之玻璃臨界溫度時，光感應層3會 感受一個經由該激發電壓所激發出來之電場。經過4分鐘之處理 時間後，泫後續處理中止。光伏特電池則冷卻至室溫。圖二及圖 三所示之特性曲線說明加熱、以及同時於一激發電場下所能達到 之效果’均由相同構造之光伏特電池所測量，該等光伏特電池一 方面不經後續之熱處理，另_方賴是在及不在電場及影響下， 根據上述之條件進行熱處理。 圖一之特性曲線，係取自白光（8〇mW/cm2)之照射。在一 非經過後續處理之光伏特電池上所截取下來的特性曲線a，顯示 =路电塵為30Gmv、及在充電因數為Q 4之下的短路電流之電流 密度約為2.5mA/cm2。該光伏特電池之效率可達到約〇 4%。特 9 277 性曲線b係取自一僅為加熱之光伏特電池之後續處理。相較於特 性曲線a，其開路電壓上昇至500mV，而短路電流之密度則約為 7.5mA/cm2。測得之充電因數為0.57。該光伏特電池之效率為 2.5%。對於一在一電場之影響下進行熱處理之光伏特電池"，特性 曲線c得到一約為550mv之開路電壓，以及一約為85mA/^2 之短路電流密度。在一 0·6之充電因數下，所得之效率提 3·5〇/〇。 疋开 圖三中 對於所比較足光伏特廷池而言，以一 nmg單位之 波長又下，各入射光能量之電荷捕獲率可由下式讀出。 IPCE[%]=1240.IK/ Λ .Ij 上，巾㈣之Ικ#、以〃A/em2為單位之短路電流蚊， 以W/m為單位之光能量。結果_，光伏特電池在未⑹續虛 IPCE > 440nm #it，l - 3〇〇/0^ 取大值’如由特性曲線a所得知。經過熱處理而未 時’量子效率IPCE㈣約-倍，時推移至奸 j 内，因此’該波長範圍可更有效的利用太陽縣在電場^ 響下德處理’可相當於特性曲線e之再 5 子效率IPCE為61%。 叮運到足量 圖四中所捕紐特電池於減_，經過絲 j下，效率及處理時間之關純率隨著處理時間之：琢：

直接巧，對-在減_未_鄉#之献特電池二 4效率取大值係、於6分鐘之處理時間範圍内達到。在· I

下，其效率之最大健摘為4分鐘之H

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 1. -種方法光伏特電池之後續處理方法，其具—層由二分予成份 構成之光感應層，即-電子施體及一電子受體，尤指一共輛聚 合物成份及-富勒缔成份，並具有二設置於光感應層兩側之金 屬電極，而光伏特電池會在一預設處理時間内，以超過電子施 體之玻璃臨界溫度進行熱處理，其特徵為，光伏特電池進行截 處理時，至少於處理時間内之—小段時間中，使電池受到一^ 場之影響，該電場係藉由光伏特電池上之一電極所施加，其開 路電壓將引發一陡峭之激發電壓。