TWI688637B - 有機太陽能電池的主動層以及有機太陽能板電池 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種有機太陽能電池的主動層以及有機太陽能板電池。有機太陽能電池的主動層包含有機材料以及摻雜於有機材料中的螢光材料。有機太陽能板電池包含第一電極、第一中間層、前述主動層以及第二電極。第一中間層設置於第一電極上。主動層設置於第一中間層上。第二電極設置於主動層上。
Description
本發明係關於有機太陽能電池的主動層以及有機太陽能板電池。
隨著科技發展，能源需求與日俱增。然而地球蘊含的能源有限，因此各國皆競相致力於替代能源之開發。其中，符合環保訴求的太陽能電池受到極大矚目。
太陽能電池可直接將太陽能轉換為電能。由於在發電過程中不產生二氧化碳等溫室氣體，因此不會對環境造成污染。當光照射在太陽能電池上時，利用其光電半導體的特性，使光子與導體或半導體中的自由電子作用而產生電流。目前現有的太陽能電池依據主體材料的不同可分為矽基半導體太陽能電池、染料敏化太陽能電池及有機材料太陽能電池。
染料敏化太陽能電池有電解質溶液變質和液體洩漏等問題影響其壽命並且轉換效率低。非晶矽薄膜太陽能電池轉換效率不高，且有光衰退現象。此外，上述太陽能電池均為固定深色，在應用上有其限制。如能開發出半透明之可變色太陽能電池，作為建築物集成太陽能電池(Building Integrated Photo Voltaic，BIPV)應用於屋頂、天窗、外觀、門窗
等建築之中，對於未來需要大量製造太陽能電池元件或是商業應用上將具有潛力。
本發明之主要目的在於提供一種有機太陽能電池的主動層，可供製作不同色彩之太陽能板。
本發明之另一目的在於提供一種有機太陽能板電池，具有不同色彩。
本發明之有機太陽能電池的主動層包含有機材料以及摻雜於有機材料中的螢光材料。
在本發明的一實施例中，螢光材料選自由綠螢光材料、藍螢光材料、紅螢光材料、及其組合組成的群組。
在本發明的一實施例中，綠螢光材料選自包含C545T(10-(2-Benzothiazolyl)-2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H,11H-(1)benzopyropyrano(6,7-8-I,j)quinolizin-11-one)、DMQA(5,12-Dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione)、及其組合的群組。
在本發明的一實施例中，藍螢光材料選自包含BCZVBi(4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl)、DPAVBi(4,4′-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl)、DSA-Ph(4-di-[4-(N,N-diphenyl)aMino]styryl-benzene)、及其組合的群組。
在本發明的一實施例中，紅螢光材料選自包含DCM(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)、DCM2(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran)、DCJTB
(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran)、Rubrene(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene)、及其組合的群組。
在本發明的一實施例中，螢光材料以0.01~40wt%之比例摻雜於該有機材料中。
在本發明的一實施例中，螢光材料包含綠螢光材料0.01~40wt%、藍螢光材料0.01~40wt%、以及紅螢光材料0.01~40wt%。
在本發明的一實施例中，有機材料選自包含poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b；4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)](PBDTTT-EFT)、2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b：4,5-b']dithiophene(PBDTTT-CT)、Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl](PCDTBT)、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT)、poly{dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]benzo[1,2-b：4,5-b’]dithio-phene-co-1,3-bis(thiophen-2-yl)-benzo-[1,2-c：4,5-c’]dithiophene-4,8-dione}(PDBT-T1)、4,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2-(2-butyloctyl)-5,6-difluoro-2H-benzo[d][1,2,3]triazole(FTAZ)、Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b：4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c：4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)](PBDB-T)、poly[(4,8-bis(4-(2-ethylhexyl)-3,5-difluorophenyl)benzo[1,2-b：4,5-b0]dithio-phene)-co-(5,6-bis(dodecyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole)](PTFBDT-BZS)、[6,6]-phenyl C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)、[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)、SF(PDDB)4、
(5Z,5'Z)-5,5'-((7,7'-(4,4,9,9-tetraoctyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(benzo[c][1,2,5]thiadiazole-7,4-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-ethyl-2-thioxothiazolidin-4-one)(O-IDTBR)、hPDI4、1,1,4,4-Tetraphenyl-1,3-butadiene(TPB)、2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-dioctyl-9H-fluorene-2,7-diyl)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(DICTF)、3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC-Th)、3,9-bis(2-methylene-(5&6-fluoro-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone)-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]-dithiophene(ITIC_Th1)、3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC)、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(IDIC)、及其組合的群組。
在本發明的一實施例中，本發明之有機太陽能電池的主動層係以溶液製程製作。
在本發明的一實施例中，有機太陽能板電池包含第一電極、第一中間層、前述主動層以及第二電極。第一中間層設置於第一電極上。主動層設置於第一中間層上。第二電極設置於主動層上。
在本發明的一實施例中，有機太陽能板電池包含第一電極、前述主動層、第二中間層、以及第二電極。主動層設置於第一電極上。第
二中間層設置於主動層上。第二電極設置於第二中間層上。
在本發明的一實施例中，有機太陽能板電池包含第一電極、第一中間層、前述主動層、第二中間層、以及第二電極。第一中間層設置於第一電極上。主動層設置於第一中間層上。第二中間層設置於主動層上。第二電極設置於第二中間層上。
110‧‧‧第一電極
120‧‧‧第二電極
310‧‧‧第一中間層
320‧‧‧第二中間層
500‧‧‧主動層
910‧‧‧有機太陽能板電池
920‧‧‧有機太陽能板電池
930‧‧‧有機太陽能板電池
圖1為本發明有機太陽能板電池之實施例示意圖。
圖2為本發明有機太陽能板電池之不同實施例示意圖。
圖3為本發明有機太陽能板電池之不同實施例示意圖。
圖4為ITO基板示意圖。
圖5為主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM之實施例之電流密度對電壓測試圖。
圖6A~6D為主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜不同比例之C545T之實施例之電流密度對電壓測試圖。
圖6E為C545T吸收光譜圖。
圖7A~7D為主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜不同比例之DSA-Ph之實施例之電流密度對電壓測試圖。
圖7E為DSA-Ph吸收光譜圖。
圖8A~8D為主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜不同比例之Rubrene之實施例之電流密度對電壓測試圖。
圖8E為Rubrene吸收光譜圖。
圖9為主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜3wt%
Rubrene以及3wt%DSA-Ph之實施例之電流密度對電壓測試圖。
本發明之有機太陽能電池的主動層包含有機材料以及摻雜於有機材料中的螢光材料。其中，主動層較佳以溶液製程製作，亦即可利用溶液製程製作大面積的薄膜。
在本發明的一實施例中，有機材料選自包含poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b；4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)](PBDTTT-EFT)、2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b：4,5-b']dithiophene(PBDTTT-CT)、Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl](PCDTBT)、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT)、poly{dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]benzo[1,2-b：4,5-b’]dithio-phene-co-1,3-bis(thiophen-2-yl)-benzo-[1,2-c：4,5-c’]dithiophene-4,8-dione}(PDBT-T1)、4,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2-(2-butyloctyl)-5,6-difluoro-2H-benzo[d][1,2,3]triazole(FTAZ)、Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b：4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c：4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)](PBDB-T)、poly[(4,8-bis(4-(2-ethylhexyl)-3,5-difluorophenyl)benzo[1,2-b：4,5-b0]dithio-phene)-co-(5,6-bis(dodecyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole)](PTFBDT-BZS)、[6,6]-phenyl C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)、[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)、SF(PDDB)4、(5Z,5'Z)-5,5'-((7,7'-(4,4,9,9-tetraoctyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophen
e-2,7-diyl)bis(benzo[c][1,2,5]thiadiazole-7,4-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-ethyl-2-thioxothiazolidin-4-one)(O-IDTBR)、hPDI4、1,1,4,4-Tetraphenyl-1,3-butadiene(TPB)、2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-dioctyl-9H-fluorene-2,7-diyl)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(DICTF)、3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC-Th)、3,9-bis(2-methylene-(5&6-fluoro-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone)-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]-dithiophene(ITIC_Th1)、3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC)、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(IDIC)、及其組合的群組。其中，PBDTTT-EFT、PBDTTT-CT、PCDTBT、P3HT、PDBT-T1、FTAZ、PBDB-T、PTFBDT-BZS等較佳為Donor，PC71BM、PC61BM等較佳為Acceptor，SF(PDDB)4、O-IDTBR、hPDI4、TPB、DICTF、ITIC-Th、ITIC_Th1、ITIC、IDIC等較佳為Non fullerene acceptor。然而在不同實施例中，有機材料不以本說明書揭露者為限。
在本發明的一實施例中，螢光材料選自由綠螢光材料、藍螢光材料、紅螢光材料、及其組合組成的群組。其中，螢光材料可選用具有高螢光效率者。舉例而言，前述C545T、DSA-Ph及Rubrene之PLQY(Photoluminescence quantum yield)分別為80%、90%及100%，光激量子效
率均屬較高者。螢光材料若單獨存在於一層，其在外加電壓下，電洞與電子分別藉以電洞傳輸材料與電子傳輸材料傳遞，最後相遇形成再結合並進一步形成激子(exciton)，能量會迅速以光或是熱的形式釋出。然而激子為轉移能量而不轉移電荷的，若將螢光材料摻雜混合至主動層材料內，激子能量將可以轉移至主動層材料內，進一步提高電子電洞對的產生，而並非以光或熱的能量形式釋出，因此本發明實施例中所使用之螢光材料為具有高螢光效率者。然而在不同實施例中，螢光材料不限為具有高螢光效率者，且不以本說明書揭露者為限。
綠螢光材料選自包含C545T(10-(2-Benzothiazolyl)-2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H,11H-(1)benzopyropyrano(6,7-8-I,j)quinolizin-11-one)、DMQA(5,12-Dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione)、及其組合的群組。
藍螢光材料選自包含BCZVBi(4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl)、DPAVBi(4,4′-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl)、DSA-Ph(4-di-[4-(N,N-diphenyl)aMino]styryl-benzene)、及其組合的群組。
紅螢光材料選自包含DCM(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)、DCM2(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran)、DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran)、Rubrene(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene)、及其組合的群組。
其中，上列綠螢光材料、藍螢光材料、及紅螢光材料具有如
下表1所列之性質。
進一步而言，本發明之有機太陽能電池的主動層，以螢光材料摻雜有機材料形成主動層。其中，透過以螢光材料作為可吸收光的分子，提升吸收光譜的強度，提高有機太陽能電池之效率，並且其吸收光譜波段不同，可供製作不同色彩之不透明或半透明之太陽能板。另一方面，藉由摻雜不同之螢光材料，其藉由光致發光波段，吸收能量形成激子，並由激子將能量轉移至主動層材料內近一步提升元件效能。
在本發明的一實施例中，螢光材料以0.01~40wt%之比例摻雜於有機材料中。
如圖1所示的實施例，本發明之有機太陽能板電池910包含第一電極110、第一中間層310、本發明主動層500以及第二電極120。第一中間層310設置於第一電極110上。主動層500設置於第一中間層310上。第二電極120設置於主動層500上。
如圖2所示的不同實施例，有機太陽能板電池920包含第一電極110、本發明主動層500、第二中間層320、以及第二電極120。主動層500設置於第一電極110上。第二中間層320設置於主動層500上。第二電極120設置於第二中間層320上。
如圖3所示的不同實施例，有機太陽能板電池930包含第一電極110、第一中間層310、本發明主動層500、第二中間層320、以及第二電極120。第一中間層310設置於第一電極110上。主動層500設置於第一中間層310上。第二中間層320設置於主動層500上。第二電極120設置於第二中間層320上。
在不同實施例中，第一電極110及第二電極120等在內的電極可包含金屬或金屬替代物。金屬係指包含除金屬元素的材料或包含金屬合金之材料，其中，金屬合金為包含兩種或兩種以上金屬之材料。金屬替代物係指具有類金屬性質材料，但非一般習知定義的金屬，諸如經摻雜的半導體或透明的導電氧化物，如氧化銦錫(ITO)。在一實施例中，氧化銦錫作為陽極，陰極可使用單層金屬或雙層如鈣/鋁、鈣/銀、鋇/銀等所構成。在不同實施例中，亦可使用兩層或兩層以上金屬鹽類與金屬搭配，如氟化鋰/鋁、
氟化鋰/鈣/鋁、氟化銫/鋁等，並使金屬鹽介於主動層或中間層與陰極之間。
在本發明具有第一中間層和第二中間層之實施例中，第一中間層為電洞傳輸層，第二中間層為電子傳輸層或電洞阻擋層；或者，第一中間層為電子阻擋層，第二中間層為電子傳輸層或電洞阻擋層。第一中間層若作為電洞傳輸層或電子阻擋層或者第二中間層為電子傳輸層或電洞阻擋層時，第一電極為陽極、第二電極為陰極。另一方面，第一中間層可同時包括電洞傳輸層和電子阻擋層等二子層(sub-layers)，或同時包括電子傳輸層和電洞阻擋層。舉例而言，在具有複數子層的態樣中，第一中間層可包括一層聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)做為輔助電洞傳輸和修飾表面之用且與陽極接觸，其他的子層則可為如本發明所述之具有聚合物和有機小分子的電洞傳輸層或電子阻擋層。
本發明之有機光電元件之具體實例中，並未特別限制聚合物的實例，只要是具有成膜性質的聚合物皆為適合的材料，通常，聚合物(包括第一聚合物和第二聚合物)之數量平均分子量介於1000至5,000,000。另一方面，該有機小分子之分子量介於50至1000。在具有第一和第二中間層之有機光電元件中，第一和第二有機小分子的分子量皆介於50至1000。
此外，雖然，通常本發明之聚合物僅係使用具有成膜性而不具有光電性質的材料，但所屬技術領域具有通常知識者在參酌本發明後，亦可選擇具有光電性質的聚合物，具體而言，該第一聚合物係選自作為電洞傳輸材料、電子傳輸材料、電子阻擋材料或電洞阻擋材料的化合物。或者，在具有第二中間層之有機光電元件中，該第一聚合物係選自電洞傳輸材料或電子阻擋材料用的化合物，該第二聚合物則係選自電子傳輸材料或
電洞阻擋材料用的化合物。
以下藉由有機太陽能板電池之實施例說明本發明，但其製造方法、各層所使用之材料、比例、及厚度，並非用以限制本發明之範圍。
有機太陽能板電池的製造包含例如以下步驟。
ITO導電玻璃基板(以下簡稱ITO基板)：在一實施例中，ITO基板使用的基板是8cmX7cmX0.7mm的玻璃板(購自台灣友和貿易公司)。ITO膜是以濺鍍製程成膜，長寬為37cm×40cm，厚度為236nm，片電阻值約為7Ω/□。經由裁切蝕刻後，約為7cm×8cm大小，圖像化的ITO基板如圖4所示。
在塗佈有機層之前，將ITO基板以標準清洗去除髒汙及顆粒粉塵。清洗完ITO基板後，將ITO基板先經過紫外光臭氧機(UV-Ozone)約20分鐘的處理，增加ITO基板陽極之功函數，能與PEDOT：PSS之HOMO匹配，利於後續薄膜成膜製程。
電洞傳輸層(Hole Transport Layer,HTL)上膜：在一實施例中，採用正結構(non-inverted structure)太陽能電池，使用PEDOT：PSS型號為CLEVIOSTM PVP AI4083(HC Starck，德國)作為電洞傳輸層。在上膜之前先將PEDOT：PSS過濾，接著在透過轉塗佈機台以下表2的旋轉條件塗佈上膜。
高分子主動層上膜：
主動層是由PBDTTT-EFT(購自solarmer,USA)與PC71BM(購自台灣友和貿易公司)混合摻雜不同比例螢光材料而成，在調配的溶劑與添加劑，以PBDTTT-EFT：PC71BM@CB(chlorobenzene)@DIO(1,8-diiodooctane)=5mg：7.5mg@500μl@15μl的比例摻雜螢光材料。其中，摻雜的螢光材料包含C545T(購自昱鐳光電)、DSA-Ph(購自Lumtec)及Rubrene(購自Lumtec)。配製好的藥品，藥瓶需將其封口，放置在70℃的Hotplate上加溫至少12小時，得以使材料完全溶解。準備上膜前，需先將刮刀塗佈基板加熱至80℃，刮刀放置在ITO基板上，使用其間隙為60μm，用定量滴管控制下料量為30μl，並以刮速240mm/s塗佈，塗佈後馬上以熱風加速其成膜速度。
蒸鍍電極：在一實施例中，陰極蒸鍍電極為LiF(氟化鋰)與Al(鋁)，使用的方式為熱蒸鍍(Thermal evaporation deposition)。首先，將要進行蒸鍍的ITO基板放入設計好的蒸鍍罩(Shadow mask)中並對齊黏貼固定，接著再將蒸鍍罩放入蒸鍍機中，並等待蒸鍍機抽真空，抽至壓力4×10-6torr時便可開始設定蒸鍍參數。在此需要LiF的鍍率為：0.1Å/s，厚度為0.8nm，而接著蒸鍍的Al的鍍率為2Å/s，厚度為100nm，設定好後，即可進行蒸鍍。
元件封裝：在一實施例中，使用封裝方式為重力封裝，利用平坦的壓克力板，並在其上方放上砝碼，使封裝玻璃便能與元件更加貼合，並且能夠均勻的受力於元件上，讓UV光照射在UV固化膠時能同時緊壓元件與封裝玻璃進行UV膠固化完成封裝。封裝製程的步驟依序如下，先拿取封裝用的噴砂玻璃，於玻璃的四邊擠上UV固化膠，固化膠較佳沿著四邊連續且
不中斷，可避免水氧因有空隙而滲透進入元件，造成元件壽命受到影響。塗佈好UV固化膠的封裝玻璃便可拿入手套箱進行封裝，在進行封裝時，較佳應確保元件的主動層確實封在封裝玻璃之內，以避免主動層暴露在外，影響效率。
電性量測：在一實施例中，對在元件封裝後進行之元件電性量測，使用的量測系統為太陽光模擬系統(Solar Simulator)作為光源，型號為：SAN-EI ELECTRIC(XES-301S+EL- 100)。在每次量測前，必須先使用光感測器(Photodetector)校正，使光源強度和太陽光AM1.5 G一樣，太陽的光功率密度(Power density)是100mW/cm2，量測會透過Keithley 2400電源供應器，型號為：Keithley 2400 Digital Source Meter，搭配Labview來量測太陽能電池元件特性。Labview(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平台)，程式的功能可用人機介面來直接控制在自行設計開發的儀器上。在一實施例中，量測時會調整以下三個參數(1)元件主動區域面積(2)量測的電壓範圍(3)流經元件之最大電流值。由Labview啟動Keithley 2400量測出元件之PCE、JSC、VOC、FF等光伏參數。
有機太陽能板電池的測試結果：主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM，電流密度(Current Density)對電壓(Voltage)測試圖如圖5所示，測試結果如下表3所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜0.1wt%之綠螢光材料C545T，電流密度對電壓測試圖如圖6A所示，測試結果如下表4A所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜3wt%之綠螢光材料C545T，電流密度對電壓測試圖如圖6B所示，測試結果如下表4B所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜10wt%之綠螢光材料C545T，電流密度對電壓測試圖如圖6C所示，測試結果如下表4C所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜30wt%之綠螢光材料C545T，電流密度對電壓測試圖如圖6D所示，測試結果如下表4D所示。
表4D
根據以上，摻雜30wt%綠螢光材料C545T之太陽能電池是可被製備的。
其中，C545T吸收光譜如圖6E所示。
由圖5、9A~9D以及表3、4A~4D之比較可以得知，相對於主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM未摻雜C545T者，主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM有摻雜C545T者，具有良好的光伏參數。據此，摻雜0.01~40wt%，且較佳為0.1~30wt%的綠螢光材料C545T之太陽能電池是可被製備的。另一方面，其吸收光譜波段在400nm至520nm有明顯的提升(如圖6E)，吸收了藍光波段的光譜，因此摻雜C545T之元件顏色偏黃色，故可供製作不同色彩之不透明或半透明之太陽能板。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜0.1wt%之DSA-Ph，電流密度對電壓測試圖如圖7A所示，測試結果如下表5A所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜3%之DSA-Ph，電流密度對電壓測試圖如圖7B所示，測試結果如下表5B所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜10wt%之DSA-Ph，電流密度對電壓測試圖如圖7C所示，測試結果如下表5C所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜30wt%之DSA-Ph，電流密度對電壓測試圖如圖7D所示，測試結果如下表5D所示。
其中，DSA-Ph吸收光譜如圖7E所示。
由圖5、10A~10D以及表3、5A~5D之比較可以得知，相對於主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM未摻雜DSA-Ph者，主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM有摻雜DSA-Ph者，具有良好的光伏參數。據此，摻雜0.01~40wt%，且較佳為0.1~30wt%的藍螢光材料DSA-Ph之太陽能電池是可被製備的。另一方面，其吸收光譜波段在400nm至500nm以及650nm至750有明顯的提升(如圖7E)，吸收了藍光波段和紅光波段的光譜，因此摻雜DSA-Ph之元件偏綠色，故可供製作不同色彩之不透明或半透明之太陽能板。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜0.1wt%之
Rubrene，電流密度對電壓測試圖如圖8A所示，測試結果如下表6A所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜3wt%之Rubrene，電流密度對電壓測試圖如圖8B所示，測試結果如下表6B所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜10wt%之Rubrene，電流密度對電壓測試圖如圖8C所示，測試結果如下表6C所示。
主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM摻雜30wt%之Rubrene，電流密度對電壓測試圖如圖8D所示，測試結果如下表6D所示。
其中，Rubrene吸收光譜如圖8E所示。
由圖5、11A~11D以及表3、6A~6D之比較可以得知，相對
於主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM未摻雜Rubrene者，主動層有機材料為PBDTTT-EFT：PC71BM有摻雜Rubrene者，具有良好的光伏參數。據此，摻雜0.01~40wt%，且較佳為0.1~30wt%的紅螢光材料Rubrene之太陽能電池是可被製備的。另一方面，其吸收光譜波段在450nm至550nm有明顯的提升(如圖8E)，吸收了藍光波段和綠光波段的光譜，因此摻雜Rubrene之元件顏色偏紅色，故可供製作不同色彩之不透明或半透明之太陽能板。
另一方面，在螢光分子之選擇上除螢光分子之光激量子效率高，摻雜材料之HOMO/LUM0與主動層材料有效匹配，則樣本元件具可實行性。因此測試結果可以類推適用另種材料。
在本發明的一實施例中，螢光材料包含藍螢光材料DSA-Ph 3wt%以及紅螢光材料Rubrene 3wt%，電流密度對電壓測試圖如圖9所示，測試結果如下表7所示。
雖然前述的描述及圖式已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者將可體會，本發明可使用於許多形式、結構、佈置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。
110‧‧‧第一電極
120‧‧‧第二電極
310‧‧‧第一中間層
500‧‧‧主動層
910‧‧‧有機太陽能板電池
Claims (9)
- 一種有機太陽能電池的主動層，包含：一有機材料；以及一藍螢光材料，摻雜於該有機材料中，其中該藍螢光材料選自包含BCZVBi(4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl)、DPAVBi(4,4′-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl)、DSA-Ph(4-di-[4-(N,N-diphenyl)aMino]styryl-benzene)、及其組合的群組。
- 一種有機太陽能電池的主動層，包含：一有機材料；以及一紅螢光材料，摻雜於該有機材料中，其中該紅螢光材料選自包含DCM(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)、DCM2(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran)、DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran)、Rubrene(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene)、及其組合的群組。
- 如請求項1所述的主動層，其中該藍螢光材料以0.01~40wt%之比例摻雜於該有機材料中。
- 如請求項2所述的主動層，其中該紅螢光材料以0.01~40wt%之比例摻雜於該有機材料中。
- 如請求項1或2所述的主動層，其中該有機材料選自包含poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b；4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)](PBDTTT-EFT)、2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl) benzo[1,2-b：4,5-b']dithiophene(PBDTTT-CT)、Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl](PCDTBT)、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT)、poly{dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]benzo[1,2-b：4,5-b’]dithio-phehe-co-1,3-bis(thiophen-2-yl)-benzo-[1,2-c：4,5-c’]dithiophene-4,8-dione}(PDBT-T1)、4,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2-(2-butyloctyl)-5,6-difluoro-2H-benzo[d][1,2,3]triazole(FTAZ)、Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b：4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c：4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)](PBDB-T)、poly[(4,8-bis(4-(2-ethylhexyl)-3,5-difluorophenyl)benzo[1,2-b：4,5-b0]dithio-phene)-co-(5,6-bis(dodecyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole)](PTFBDT-BZS)、[6,6]-phenyl C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)、[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)、SF(PDDB)4、(5Z,5'Z)-5,5'-((7,7'-(4,4,9,9-tetraoctyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(benzo[c][1,2,5]thiadiazole-7,4-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-ethyl-2-thioxothiazolidin-4-one)(O-IDTBR)、hPDI4、1,1,4,4-Tetraphenyl-1,3-butadiene(TPB)、2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-dioctyl-9H-fluorene-2,7-diyl)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(DICTF)、3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC-Th)、3,9-bis(2-methylene-(5&6-fluoro-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone)-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]-dithiophene(ITIC_Th1)、3,9-bis(2-methylene- (3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d：2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b：5,6-b’]dithiophene(ITIC)、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydrro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile(IDIC)、及其組合的群組。。
- 如請求項1或2所述的主動層，係以溶液製程製作。
- 一種有機太陽能板電池，包含：一第一電極；一第一中間層，設置於該第一電極上；如上述請求項1或2所述的主動層，設置於該第一中間層上；以及一第二電極，設置於該主動層上。
- 一種有機太陽能板電池，包含：一第一電極；如上述請求項1或2所述的主動層，設置於該第一電極上；一第二中間層，設置於該主動層上；以及一第二電極，設置於該第二中間層上。
- 一種有機太陽能板電池，包含：一第一電極；一第一中間層，設置於該第一電極上；如上述請求項1或2所述的主動層，設置於該第一中間層上；一第二中間層，設置於該主動層上；以及 一第二電極，設置於該第二中間層上。
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| 國科會研究計畫成果報告：系統編號： , "新型螢光材料之開發及其應用於提高太陽能電池效率-總計畫", 97/08/01~100/10/31執行；102年11月公開 * |
| 國科會研究計畫成果報告：系統編號：PB9709-2745 , "新型螢光材料之開發及其應用於提高太陽能電池效率-總計畫", 97/08/01~100/10/31執行；102年11月公開。 摘要、圖1-2、報告第1~2頁(子計畫一) |
| 摘要、圖1-2、報告第1~2頁(子計畫一) * |
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