TWI803049B - 奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構 - Google Patents

Abstract

一種奈米結構修飾之有機元件製造方法包含：於一基板上進行一前置處理作業，以便獲得一已處理表面；利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便形成一導電高分子薄膜；利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成一電洞傳輸層；利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成一鈣鈦礦層；利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成一電子傳輸層；及將一電極材料於該電子傳輸層上進行一蒸鍍作業，以便形成數個電極。

Description

奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構

本發明係關於一種奈米結構〔nano-structure〕修飾〔modified〕之有機元件〔organic component〕製造方法及其結構；特別是關於一種奈米結構修飾之鈣鈦礦〔ABX₃〕有機元件製造方法及其結構；更特別是關於一種奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構可用於製造感測元件〔sensor〕、發光二極體元件〔light emitted diode，LED〕或鈣鈦礦太陽能電池〔Perovskite solar cell，PSC〕。

舉例而言，習用鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構，如中華民國專利公開第TW-202124282號〝鈣鈦礦前驅溶液、鈣鈦礦吸光層的製造方法、及鈣鈦礦太陽能電池〞之發明專利申請案，其揭示一種鈣鈦礦太陽能電池，且該鈣鈦礦太陽能電池包含一基板、一電子傳輸層、一鈣鈦礦吸收層、一電洞傳輸層及一電極層。

承上，前述第TW-202124282號之該基板具有一導電層，而該電子傳輸層選擇設置於該基板上，且該鈣鈦礦吸收層選擇設置於該電子傳輸層上，且該電洞傳輸層則選擇設置於該鈣鈦礦吸收層上，且該電極層則選擇設置於該電洞傳輸層上。

承上，前述第TW-202124282號之該鈣鈦礦吸收層的XRD圖譜在(220)結晶方向與(310)結晶方向的繞射峰強度比介於0.9至1.1之間。另外，該鈣鈦礦吸收層的 XRD圖譜的2θ角在28.2度至28.8度的繞射峰強度與31.2度及31.8度的繞射峰強度比值介於0.95至1.05之間。

另一習用鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構，如中華民國專利公告第TW-474992號〝鈣鈦礦薄膜及太陽能電池的製備方法〞之發明專利，其揭示一種鈣鈦礦薄膜的製備方法。該鈣鈦礦薄膜的製備方法包含步驟：旋塗一第一溶液於一基板上，以便形成一薄膜；及旋塗一第二溶液於由該第一溶液所製備的薄膜上，以便形成一鈣鈦礦薄膜〔其通式為ABX₃〕。

承上，前述第TW-474992號之該第一溶液的溶質至少含有AX或BX₂之中一種，而該第二溶液的溶質至少含有AX或BX₂之中一種，其中A為鹼金屬離子、甲基胺離子、乙基胺離子、NH₂CH=NH₂離子或烷基胺離子之中至少一種，B為IV族元素〔鍺Gc、錫Sn或鉛Pb〕、III族元素銦或V族元素銻之中至少一種，X為VII族元素〔氟F、氯Cl、溴Br或碘I〕之中至少一種。

承上，前述第TW-474992號之該第一溶液之溶劑可選擇為二甲基甲醯胺〔DMF〕或異丙醇〔isopropanol〕，且該第二溶液之溶劑亦可選擇為二甲基甲醯胺或異丙醇。

另一習用鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構，如中華民國專利公告第TW-I583011號〝大面積鈣鈦礦膜及鈣鈦礦太陽能電池模組及其製作方法〞之發明專利，其揭示一種大面積鈣鈦礦膜的製作方法。該大面積鈣鈦礦膜的製作方法包含步驟：提供一起始溶液藉由狹縫型擠壓式塗布方式於一導電基板上，以便形成一膜材〔其通式為ABX₃〕，且該起始溶液之溶質至少包含A、B及X。

承上，前述第TW-I583011號之該大面積鈣鈦礦膜的製作方法另包含步驟：浸泡該膜材於一反溶劑中， 以便形成一鈣鈦礦膜，且該鈣鈦礦膜具有數個鈣鈦礦晶粒；及對該膜材進行退火，以便使該鈣鈦礦膜之鈣鈦礦晶粒變大。

承上，前述第TW-I583011號之該鈣鈦礦膜之鈣鈦礦結晶可選擇以連續均勻方式分佈在一導電基板上，且該鈣鈦礦膜之鈣鈦礦結晶之分佈面積可介於25cm²至1000cm²之間，且該導電基板之面積可介於25cm²至1000cm²之間。

承上，前述第TW-I583011號之該反溶劑使該膜材中產生該鈣鈦礦結晶，其中A為鹼金屬離子、甲基胺離子〔CH₃NH₃ ⁺〕、甲脒離子〔NH₂CH=NH₂ ⁺〕之中至少一種，B為鉛〔Pb〕、錫〔Sn〕、鍺〔Ge〕之中至少一種，X為VII族元素〔氟F、氯Cl、溴Br、碘I〕、六氟化磷〔PF₆〕、硫氰酸〔SCN〕之中至少一種。

承上，前述第TW-I583011號之該起始溶液之溶劑可選擇為二甲基甲醯胺〔DMF〕、二甲基亞碸〔DMSO〕、伽瑪丁內酯〔GBL〕或其任意混合溶液。另外，該反溶劑為噻吩〔 〕thiophene)、噻吩的衍生物、碘苯〔Iodobenzene〕、***〔ether〕、氯苯〔CB〕、二氯苯〔DCB〕、甲苯〔toluene〕、苯〔Benzene〕或其任意混合。

另一習用鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構，如中華民國專利公告第TW-I699370號〝鈣鈦礦太陽能電池及其製造方法〞之發明專利，其揭示一種反式鈣鈦礦太陽能電池〔inverted p-i-n PVSCs〕。該反式鈣鈦礦太陽能電池包含一導電基材、一第一載子傳遞層、一主動層、一第二載子傳遞層及一相對電極層。

承上，前述第TW-I699370號之該主動層包含一異質結構，而該異質結構包含：一金屬有機框架〔MOFs〕及一鈣鈦礦材料之混合；或一雙層結構，而該雙 層結構由一第一層及一第二層所組成。該第一層包含一第一金屬有機框架，而該第一金屬有機框架包含一第一鈣鈦礦材料，且該第二層包含一第二金屬有機框架，且該第二金屬有機框架包含一第二鈣鈦礦材料，且該第一金屬有機框架及第二金屬有機框架接觸於該第二載子傳遞層。

承上，前述第TW-I699370號之該第一載子傳遞層為電洞傳遞層，其材料選自由氧化鎳〔NiO_x〕、2,2',7,7'-4-[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴〔Spiro-OMeTAD〕、聚二氧乙基噻吩：苯乙烯磺酸〔PEDOT：PSS〕、N,N'-二(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯基]-4,4'-二胺〔TPD〕、聚三己基聚噻吩〔P3HT〕、五氧化二釩〔V₂O₅〕、石墨稀〔graphene〕、硫化鉬〔MoS₂〕、硒化鉬〔MoSe₂〕、聚烷基噻吩〔polyalkyl-thiophene〕及三氧化鉬〔MoO₃〕所組成之群組。

承上，前述第TW-I699370號之該第二載子傳遞層為電子傳遞層，其材料選自由富勒烯、碳-60〔C₆₀〕、[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯〔[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，PCBM〕、二氧化鈦〔TiO₂〕、氧化鋅〔ZnO〕、二氧化錫〔SnO₂〕及錫酸鋅〔Zn₂SnO₄〕所組成之群組。

承上，前述第TW-I699370號之該第二載子傳遞層及該相對電極層之間進一步包含一電洞阻擋層，且該電洞阻擋層之材料包含2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯琳〔bathocuproine，BCP〕、4,7-二苯基-1,10-菲咯琳〔4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline,Bphen〕、1,3,5-三(4-吡啶-3-基苯基)苯〔1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene，TpPyPB〕或二苯基二[4-(吡啶-3-基)苯基]矽烷〔diphenyl bis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane，DPPS〕。

然而，前述中華民國專利公開第TW-202124282號專利申請案、中華民國專利公告第TW-474992號、第TW-I583011號及第TW-I699370號雖然揭示各種鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構，但其仍存在改善各種技術問題之必要，因此其必然存在進一步技術改良之需求。

簡言之，前述中華民國專利公開第TW-202124282號專利申請案、中華民國專利公告第TW-474992號、第TW-I583011號及第TW-I699370號僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述技術問題及需求，其提供一種奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構，其於一基板上進行一前置處理作業，以便獲得一已處理表面，並利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便形成一導電高分子薄膜，且利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成一電洞傳輸層，且利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成一鈣鈦礦層，且利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成一電子傳輸層，因此相對於習用鈣鈦礦太陽能電池製造方法及其結構可達成提升元件穩定度、電洞傳輸效率及功率轉換效率之目的。

本發明之主要目的係提供一種奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構，其於一基板上進行一前置處理作業，以便獲得一已處理表面，並利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便 形成一導電高分子薄膜，且利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成一電洞傳輸層，且利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成一鈣鈦礦層，且利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成一電子傳輸層，以便達成提升元件穩定度、電洞傳輸效率及功率轉換效率之功效。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含：

於一基板上進行一前置處理作業，以便獲得一已處理表面；

利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便形成一導電高分子薄膜；

利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成一電洞傳輸層；

利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成一鈣鈦礦層；

利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成一電子傳輸層；及

將一電極材料於該電子傳輸層上進行一蒸鍍作業，以便形成數個電極。

本發明較佳實施例之該基板選自一導電基板或一銦錫氧化物基板。

本發明較佳實施例之該導電高分子溶液選自一苯乙烯磺酸溶液或一含苯乙烯磺酸之溶液。

本發明較佳實施例之該無機材料溶液選自一奈米級無機材料溶液、一奈米級一氧化鎳溶液、一含奈米級一氧化鎳之溶液或其它含奈米級氧化鎳之溶液。

本發明較佳實施例之該鈣鈦礦材料溶液可選 擇添加一抗溶劑，且該抗溶劑選自一甲苯溶劑或一含甲苯之溶劑。

本發明較佳實施例之該聚合物材料溶液選自一富勒烯衍生物溶液或一含富勒烯衍生物之溶液。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構包含：

一基板，其進行一前置處理作業於該基板上而獲得一已處理表面；

一導電高分子薄膜，其利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業而形成該導電高分子薄膜；

一電洞傳輸層，其利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業而形成該電洞傳輸層；

一鈣鈦礦層，其利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業而形成該鈣鈦礦層；

一電子傳輸層，其利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業而形成該電子傳輸層；及

至少一電極，其將一電極材料於該電子傳輸層上進行一蒸鍍作業而形成該電極；

其中該無機材料溶液之無機材料用以取代該導電高分子溶液之有機聚合物。

本發明較佳實施例之該基板選自一導電基板或一銦錫氧化物基板。

本發明較佳實施例之該導電高分子溶液選自一苯乙烯磺酸溶液或一含苯乙烯磺酸之溶液。

本發明較佳實施例之該無機材料溶液選自一 奈米級無機材料溶液、一奈米級一氧化鎳溶液、一含奈米級一氧化鎳之溶液或其它含奈米級氧化鎳之溶液。

本發明較佳實施例之該鈣鈦礦材料溶液可選擇添加一抗溶劑，且該抗溶劑選自一甲苯溶劑或一含甲苯之溶劑。

本發明較佳實施例之該聚合物材料溶液選自一富勒烯衍生物溶液或一含富勒烯衍生物之溶液。

1:鈣鈦礦元件

10:基板

11:電洞傳輸層

12:鈣鈦礦層

13:電子傳輸層

14:電極

第1圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構之側視示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法之流程方塊示意圖。

第3A至3C圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料表面之掃描電子顯微鏡影像示意圖。

第4A至4C圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料後其鈣鈦礦表面之掃描電子顯微鏡影像示意圖。

第5A至5C圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料後其鈣鈦礦表面之掃描電子顯微鏡影像及其二值化影像示意圖。

第6圖：本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構採用三種奈米級一氧化鎳材料下其電流密度對電壓之曲線示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構適合應用於各種感測元件、各種發光二極體元件、各種鈣鈦礦太陽能電池元件〔反式結構鈣鈦礦太陽能電池元件〕或其相關產品，但其並非用以限制本發明之應用範圍。

第1圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構之側視示意圖。請參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構主要包含一基板10、一電洞傳輸層11、一鈣鈦礦層12、一電子傳輸層13及數個電極14，且該基板10、電洞傳輸層11、鈣鈦礦層12、電子傳輸層13及電極14依序堆疊形成一鈣鈦礦元件1，且該鈣鈦礦元件1可選擇為一鈣鈦礦感測元件、一反式鈣鈦礦太陽能電池元件或一鈣鈦礦光電元件。

第2圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法之流程方塊示意圖，其對應於第1圖之奈米結構修飾之有機元件結構。請參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S1：舉例而言，首先，以適當技術手段於該基板10上進行至少一前置處理作業，以便獲得一已處理表面〔未標示〕。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該基板10可選自一玻璃基板或具類似材質之基板，且該基板10選自一導電基板或一銦錫氧化物〔ITO〕基板，且該前置處理作業選擇採用紫外線適當照射於該基板10之至少一表面一預定時間〔例如：15分鐘或其它處理時間〕，以便該已處理表面具有親水性，如此該已處理表面適用於後續旋轉塗佈作業。

請再參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例 之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S2：舉例而言，接著，以適當技術手段利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便形成一導電高分子薄膜。本發明較佳實施例之該導電高分子溶液選自一苯乙烯磺酸〔PEDOT：PSS〕溶液、一含苯乙烯磺酸溶液或一有機材料溶液〔例如：PATT材料、Spiro-OMeTAD材料或P3HT材料等〕。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該第一塗佈及加熱作業採用3000rpm或其它轉速之旋轉塗佈〔spin-coating〕方式，並持續30秒或其它旋塗時間，且該第一塗佈及加熱作業採用一加熱板以適當加熱溫度〔例如：120℃或其它溫度〕加熱一預定時間〔例如：10分鐘或其它加熱處理時間〕。

請再參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S3：舉例而言，接著，以適當技術手段利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成該電洞傳輸層11。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該無機材料溶液之無機材料〔例如：CuSCN、Cu₂O、CuS、CuO、CuI、CoO_x、Cu₂BaSnS₄或NiO_x等或其它無機材料或過渡金屬材料〕用以取代該導電高分子溶液之有機聚合物〔例如：PEDOT：PSS或其它有機聚合物〕。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該無機材料溶液可選自一奈米級無機材料溶液、一奈米級一氧化鎳〔nano-NiO〕溶液、一含奈米級一氧化鎳之溶液或其它含奈米級氧化鎳之溶液。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該無機材料溶液具有一具奈米結構之一氧化鎳材料，且該具奈米 結構之一氧化鎳材料可選擇水熱法適當進行合成其奈米結構，且可利用該奈米結構所具有的孔隙特性，以增加其與該鈣鈦礦層12之接觸面積。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該第二塗佈及加熱作業採用3000rpm或其它轉速之旋轉塗佈方式，並持續30秒或其它旋塗時間，且該第二塗佈及加熱作業採用一加熱板以適當加熱溫度〔例如：80℃或其它溫度〕加熱一預定時間〔例如：15分鐘或其它加熱處理時間〕。

請再參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S4：舉例而言，接著，以適當技術手段利用一鈣鈦礦〔ABX₃〕材料溶液於該電洞傳輸層11上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成該鈣鈦礦層12。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該第三塗佈及加熱作業採用兩段式旋塗作業，且該兩段式旋塗作業包含1000rpm或其它轉速之第一階段旋轉塗佈方式與持續10秒或其它旋塗時間及3500rpm或其它轉速之第二階段旋轉塗佈方式與持續20秒或其它旋塗時間，且該第三塗佈及加熱作業採用一加熱板以適當加熱溫度〔例如：100℃或其它溫度〕加熱一預定時間〔例如：5分鐘或其它加熱處理時間〕，此時該鈣鈦礦層12可適當轉變成一明亮黑色薄膜。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明另一較佳實施例於第二階段旋轉塗佈至一預定時間〔例如：10秒或其它添加時間〕時，選擇該鈣鈦礦材料溶液可選擇添加一抗溶劑，且該抗溶劑選自一甲苯溶劑或一含甲苯之溶劑，以便該抗溶劑可適當加速鈣鈦礦形成結晶〔例如：增加晶粒尺寸規格〕。

請再參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S5：舉例而言，接著，以適當技術手段利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層12上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成該電子傳輸層13。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該第四塗佈及加熱作業採用1500rpm或其它轉速之旋轉塗佈方式，並持續60秒或其它旋塗時間，且該第四塗佈及加熱作業採用一加熱板以適當加熱溫度〔例如：100℃或其它溫度〕加熱一預定時間〔例如：1分鐘或其它加熱處理時間〕。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該聚合物材料溶液可選自一富勒烯衍生物〔PCBM〕溶液或一含富勒烯衍生物材料之溶液，但其並非用以限制本發明之應用範圍。

請再參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法包含步驟S6：舉例而言，接著，以適當技術手段將一電極材料於該電子傳輸層13上進行一蒸鍍〔deposition〕作業，以便形成數個該電極14〔例如：電極陣列〕。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該電極材料可選擇採用鎢舟加熱方式將銀錠〔或選擇其它導電材料〕熔化後進行該蒸鍍作業，且該電極14具有一適當面積〔例如：0.09cm²或其它尺寸規格〕。

第3A至3C圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料表面之掃描電子顯微鏡〔SEM，Scanning Electron Microscope〕影像示意圖。請參照第3A至3C圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製 造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料，其包含nano-NiO140、nano-NiO160及nano-NiO180。

請參照第3A圖所示，舉例而言，NiO140奈米氧化鎳的薄膜表面上的奈米結構氧化鎳比較鬆散；請參照第3B及3C圖所示，舉例而言，NiO160及NiO180奈米氧化鎳的薄膜表面上的奈米結構氧化鎳相對分散非常均勻，即由異丙醇導致其分散均勻。

第4A至4C圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料後其鈣鈦礦表面之掃描電子顯微鏡影像示意圖，其對照於第3A至3C圖所示。請參照第4A至4C圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料〔nano-NiO140、nano-NiO160及nano-NiO180〕後其鈣鈦礦表面顯示其皆具有奈米結構。

第5A至5C圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料後其鈣鈦礦表面之掃描電子顯微鏡影像及其二值化影像示意圖。請參照第5A至5C圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法採用三種奈米級一氧化鎳材料〔nano-NiO140、nano-NiO160及nano-NiO180〕後其鈣鈦礦表面顯示黑色為鈣鈦礦吸光層晶粒覆蓋的部分，白色則為未被鈣鈦礦吸光層晶粒覆蓋或晶界的孔隙缺陷。

舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法針對鈣鈦礦層沉積在不同溫度所合成的氧化鎳薄膜對鈣鈦礦晶粒表面覆蓋率之影響：當選擇沉積在NiO140薄膜上時，其表面覆蓋率約為78%；倘若當選擇沉積在NiO160薄膜上時，其表面覆蓋率則增大至約 為83.9%；倘若當選擇沉積在NiO180薄膜上時，其表面覆蓋率則降至約82.1%。簡言之，其覆蓋率的增加能夠提升電池的性能。

舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件製造方法針對鈣鈦礦層沉積在不同溫度所合成的氧化鎳薄膜對鈣鈦礦表面晶粒平均大小之影響：當選擇沉積在NiO140薄膜上時，其表面晶粒大小約為975.255nm²；倘若當選擇沉積在NiO160薄膜上時，其表面晶粒大小增大至約1441.667nm²；倘若當選擇沉積在NiO18O薄膜上時，其表面晶粒大小則縮小至約771.569nm²。簡言之，鈣鈦礦表面晶粒的受光面積越大所產生之電子電洞對也就越多，因此表面晶粒越大越能夠提升電池的性能。

第6圖揭示本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構採用三種奈米級一氧化鎳材料下其電流密度對電壓之曲線示意圖。請參照第6圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構採用三種奈米級一氧化鎳材料〔nano-NiO140、nano-NiO160及nano-NiO180〕，並獲得不同特性，如表1所示。

表1：奈米結構修飾之有機元件之特性

請再參照第6圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾之有機元件結構針對電洞傳輸層以平面結構之PEDOT：PSS或奈米結構之氧化鎳對反式鈣鈦礦太陽能電池的J-V特性曲線之影響：其顯示奈米結構之氧化鎳能提高開路電壓及短路電流。

舉例而言，本發明較佳實施例之奈米結構修飾 之有機元件製造方法針對不同的奈米結構氧化鎳作為電洞傳輸層對反式鈣鈦礦太陽能電池的J-V特性曲線之影響：在160℃合成出的微球結構氧化鎳有較高的開路電壓0.93V和短路電流16.3mA，其主要因素為微球之間所產生的多孔特性，有效增加了電洞傳輸的效率，使功率轉換效率達到9.63%，比起PEDOT：PSS平面結構的效率提高至約1.32倍。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

1:鈣鈦礦元件

10:基板

11:電洞傳輸層

12:鈣鈦礦層

13:電子傳輸層

14:電極

Claims (10)

1. 一種奈米結構修飾之有機元件製造方法，其包含：於一基板上進行一前置處理作業，以便獲得一已處理表面；利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業，以便形成一導電高分子薄膜；利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業，以便形成一電洞傳輸層，而該無機材料溶液選自一奈米級無機材料溶液，且該無機材料溶液具有一具奈米結構；利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業，以便形成一鈣鈦礦層，且利用該無機材料溶液之奈米結構所具有的孔隙特性，以增加其與該鈣鈦礦層之接觸面積；利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業，以便形成一電子傳輸層；及將一電極材料於該電子傳輸層上進行一蒸鍍作業，以便形成數個電極。
2. 依申請專利範圍第1項所述之奈米結構修飾之有機元件製造方法，其中該導電高分子溶液選自一苯乙烯磺酸溶液或一含苯乙烯磺酸之溶液。
3. 依申請專利範圍第1項所述之奈米結構修飾之有機元件製造方法，其中該無機材料溶液選自一奈米級一氧化鎳溶液、一含奈米級一氧化鎳之溶液或一含奈米級過渡金屬材料之溶液。
4. 依申請專利範圍第1項所述之奈米結構修飾之有機元件製造方法，其中該鈣鈦礦材料溶液可選擇添加一抗溶劑，且該抗溶劑選自一甲苯溶劑或一含甲苯之溶劑。
5. 依申請專利範圍第1項所述之奈米結構修飾之有機元件製造方法，其中該聚合物材料溶液選自一富勒烯衍生物 溶液或一含富勒烯衍生物之溶液。
6. 一種奈米結構修飾之有機元件結構，其包含：一基板，其進行一前置處理作業於該基板上而獲得一已處理表面；一導電高分子薄膜，其利用一導電高分子溶液於該已處理表面上進行一第一塗佈及加熱作業而形成該導電高分子薄膜；一電洞傳輸層，其利用一無機材料溶液於該導電高分子薄膜上進行一第二塗佈及加熱作業而形成該電洞傳輸層，而該無機材料溶液選自一奈米級無機材料溶液，且該無機材料溶液具有一具奈米結構；一鈣鈦礦層，其利用一鈣鈦礦材料溶液於該電洞傳輸層上進行一第三塗佈及加熱作業而形成該鈣鈦礦層，且利用該無機材料溶液之奈米結構所具有的孔隙特性，以增加其與該鈣鈦礦層之接觸面積；一電子傳輸層，其利用一聚合物材料溶液於該鈣鈦礦層上進行一第四塗佈及加熱作業而形成該電子傳輸層；及至少一電極，其將一電極材料於該電子傳輸層上進行一蒸鍍作業而形成該電極；其中該無機材料溶液之無機材料用以取代該導電高分子溶液之有機聚合物。
7. 依申請專利範圍第6項所述之奈米結構修飾之有機元件結構，其中該導電高分子溶液選自一苯乙烯磺酸溶液或一含苯乙烯磺酸之溶液。
8. 依申請專利範圍第6項所述之奈米結構修飾之有機元件結構，其中該無機材料溶液選自一奈米級一氧化鎳溶液、一含奈米級一氧化鎳之溶液或一含奈米級過渡金屬材料之溶液。
9. 依申請專利範圍第6項所述之奈米結構修飾之有機元件結構，其中該鈣鈦礦材料溶液可選擇添加一抗溶劑，且 該抗溶劑選自一甲苯溶劑或一含甲苯之溶劑。
10. 依申請專利範圍第6項所述之奈米結構修飾之有機元件結構，其中該聚合物材料溶液選自一富勒烯衍生物溶液或一含富勒烯衍生物之溶液。

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