主動層添加石墨烯之高分子太陽能電池的研究

A Study on High-Performance Polymer Solar Cells with Graphene Doping Active Layer

本研究將具有高電子遷移率的石墨烯添加於P3HT：PCBM組成的主動層中來製備高分子太陽能電池，研究石墨烯的濃度對於高分子太陽能電池光電特性之影響，我們添加之濃度為P3HT：PCBM：石墨烯 （重量比） = 1：1：0.02、1：1：0.04 與1：1：0.06 三種，其他電池製備條件取最佳化之條件。本研究之電池結構為ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM：Graphene/Ca/Al，我們利用紫外光-可見光吸收光譜儀 （UV-Vis）、螢光光譜儀 （PL）、掃描探針顯微鏡（SPM）、場發射電子顯微鏡 （FE-SEM） 和太陽光模擬光源系統，來測量吸收度、螢光強度、粗糙度、表面形態和光電性質。由結果得知，三種添加重量比之高分子太陽能電池之Jsc、FF與光電轉換效率皆比未添加之電池高，顯示此三種添加重量比皆能有效提高電池之光電性質。三種添加重量比中以0.04 具最佳提升效果，因為此電池具有最高的填充因子 （FF）、短路電流密度 （Jsc） 與光電轉換效率 （PCE%），分別為0.61、9.15 mA/cm2與3.48%。與未添加之電池比較分別提升了24.5%、28.5%與53.3%。此結果可能由於石墨烯的高電子遷移率，因此能給予電子明確的傳導路徑，減少電子電洞再結合機會，因此提升了電池之光電性質。

In this paper, we introduce high electron mobility graphene into theactive layer of polymer solar cell. We study the effect of concentration ofgraphene on the photovoltaic performance. The cell structure is ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM：Graphene/Ca/Al. We use the UV-Vis, PL,SPM, FE-SEM and solar simulator to measure the absorbance, PL intensity,roughness, surface morphology, and power conversion efficiency, respec- tively. The weight ratio of P3HT：PCBM：graphene of active layer are1：1：0.02、1：1：0.04 and 1：1：0.06. From the results, we find that thefill factor、short circuit current density and power conversion efficiency ofthese cell with graphene are always higher than those of cell withoutgraphene. The cell with P3HT：PCBM：Graphene = 1：1：0.04 active layerhas the highest fill factor 0.61, an increase of 24.5%, the highest shortcircuit current density 9.15 mA/cm2, an increase of 28.5%, and the highestpower conversion efficiency 3.48%, an increase of 53.3%.