石墨烯透明導電膜用於太陽能薄膜電池_能源 (#19*) *進行中

2015-6-3

雖然志陽科技在能源及生醫領域出發較晚，但我們過去一直累積高分子、催化及吸附相關方面的開發經驗，加上不斷與業界及科研機構討論的結果，我們拋棄鋰離子電池而專攻超級電容、太陽能薄膜電池及燃料電池。先前 Zap & Go透過集資網站要在今年底發表 1500 mAh的石墨烯超級電容行動電池，我們內部討論後決定直接挑戰 2500 mAh，目前還在進行中，等有好消息再跟各位報告。

這篇談到26類應用技術的第十八類_太陽能薄膜電池。共軛聚合物具有成本低, 較強的吸光和發光特性，易於溶液加工等優點，所以以共軛聚合物為主體材料的有機光電器件成為國際科研的熱點課題。OLED 和 OPV是共軛聚合物光電器件領域中研究較廣的兩個領域。而導電率和載流子遷移率較低，大大限制了共軛聚合物光電器件的發展。國際科研人員發現，在共軛聚合物內摻雜高導電率的石墨烯能夠大幅提高共軛聚合物的導電能力和載流子遷移率，所以石墨烯在光電器件領域得到了非常廣泛的關注。

先前我們談過我們已經做出方阻低於 100 歐姆的透明導電膜，且透光度高於 85%，本來是用來取代 ITO用在觸摸屏的。OPV結構主要有四層，即導電基材、空穴傳導層、吸光材料層及電子傳導層，而過去文獻提到石墨烯的研究就包括三個部件。在透明電極材料上，石墨烯具有高載流子遷移率，即便載流子密度低，也能保持高導電率，我們的透明導電膜比 ITO的導電率更高，過關。作為電子和空穴傳輸材料上，石墨烯作為中間電極系利用其透光度及與半導體層間兼容性較高的優點，以石墨烯取代有機聚合物電池中的 PCBM作為受體材料。而作為光陽極材料上，我們將摻入不同比例之石墨烯和 TiO2粉末混合，過去我們以 CVD製程摻雜靶材 WO3做電致變色玻璃的經驗就可以用上了。

nn另外，從整個系統來看，關鍵技術在二個地方，第一是主動層材料要降低能隙，以便吸收較多的電子-空穴對﹔第二，增加前、背電極高穿透性及高導電率，以增加光電傳換率 (PCE)。我們還希望做出兩個不同的嘗試，一是以 PET做基材，落實早日可撓性穿戴式裝置的到來﹔二是將過去 PEDOT﹕PSS與 ITO兩層簡併成透明導電膜一層 (因為裡面就含有 PEDOT﹕PSS)，下個月將進行 slot-die 精密塗布後，未來再進行摻雜，一步一步調整到可以上市的最佳組合。

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nn2015-6-28

研發小組決定使用反式結構，經過第一次以旋塗試樣後發現有三個問題待解決﹕

1. 黏附性不佳 --- 以電漿處理已解決﹔

2. 導電性 --- 至少可達 10^2 歐姆以內 (以精密塗布可解決)﹔

3. 光電轉換率不佳。

我終於搞清楚了，缺陷主要對 FF 影響較大，串聯電阻主要對 Jsc 影響較大，而並聯電阻對 Voc 則影響較大。IV 曲線中 Jsc太小主要的影響可能是上下極電阻，以及各層之間的匹配不好造成的，所以可以從減少串聯電阻下手。而 Voc不好，想提高 Voc可以從減少器件的短路現象（漏電）入手，也就是提高器件的並聯電阻。簡單說來就是製備高質量的晶體，減少電池內部缺陷。至於 FF 不高，這就可能是缺陷太多，也就是複合中心多。

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