在這裡，以噻吩並異靛藍 ( TII ) 作為主結構合成出7個染料分子 ( H1~H7 )，並且應用在有機光伏打電池中。
　　這些染料分子使用咔唑( H1 )、N-苯基咔唑 ( H2，H4，H7 )、1,3-二 ( 9H-咔唑-9-基)苯 ( H3 )、三苯胺 ( H5，H7 )、苯環 ( H6 ) 作為電子供體 (D)，而噻吩並異靛藍 ( TII ) 當作電子受體 (A)。這樣D-A-D結構使分子可以呈現較強的分子內電荷轉移，因此可以吸收來自可見光區和部分近紅外光區的能量。
　　使用H2/PC61BM作為主動層製備的體異質接面 ( BHJ ) 的電池元件，呈現出0.82%的光電轉換效率，表示以噻吩並異靛藍 ( TII ) 作為主結構染料分子應用在近紅外區有機光伏打電池的潛力。

In this research, we synthesized a series of thienoisoindigo (TII)-based small molecules (H1-H7) and applied them to develop organic photovoltaics (OPVs). The TII-based small molecules use carbazole (H1), N-phenylcarbazole (H2, H4, H7), and 1,3-di(9H-carbazol-9-yl) benzene (H3), triphenylamine (H5, H7), benzene (H6) as electron donor (D), while TII as electron acceptor (A). Such D-A-D structure allowed the molecule to exhibit a strong intramolecular charge transfer such that they can absorb the light from visible and partially near-infrared (NIR) region. The bulk heterojunction (BHJ) solar cell device fabricated by using H2/PC61BM as the active layer exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 0.82%, showing the potential of TII-based dyes for NIR organic photovoltaics (OPVs).

目錄
第一章、緒論.............................................................................................1
1-1 全球能源危機.............................................................................2
1-2 替代能源的出現.........................................................................3
1-2-1 水力..................................................................................3
1-2-2 風力..................................................................................4
1-2-3 地熱..................................................................................4
1-2-4 生質能..............................................................................5
1-2-5 太陽能..............................................................................5
1-3 太陽能電池簡介.........................................................................7
1-4 染料敏化電池（Dye-sensitized solar cells, DSSCs） ............12
1-4-1 染料敏化太陽能電池組成............................................14
1-4-2 染料敏化太陽能電池發電原理....................................15
1-5 有機光伏打電池.......................................................................16
1-5-1 有機光伏打電池結構介紹............................................16
1-5-2 雙層式異質接面（bilayer heterojunction） ................17
1-5-3 體異質接面（bulk heterojunction, BHJ） ...................18
1-5-4 有機光伏打電池元件結構............................................21
1-5-5 有機光伏打電池的工作元理........................................25
1-6 太陽能電池效率的參數說明...................................................28
1-6-1 開路電壓（open circuit voltage, VOC）：....................28
1-6-2 短路電流（short circuit current, JSC）： .......................29
1-6-3 填充因子（fill factor, FF）：........................................29
1-6-4 能量轉換效率（power conversion efficiency, PCE, η）
...................................................................................................30
1-6-5 外部量子效率（external quantum efficiency, EQE） .30
1-7 太陽能光譜中近紅外光的重要性...........................................31
1-8 染料分子設計...........................................................................32
1-8-1 電子施體（electron-donor）........................................32
1-8-2 電子施體（electron acceptor） ....................................32
1-9 研究動機...................................................................................34
第二章、實驗部分..................................................................................44
2-1 染料合成步驟...........................................................................45
2-2 實驗儀器....................................................................................64
2-3 實驗藥品與溶劑.......................................................................67
第三章、結果與討論..............................................................................69
3-1 染料合成探討...........................................................................70
3-2 光物理性質...............................................................................78
3-3 電化學性質................................................................................82
3-4 理論計算....................................................................................87
3-5 元件效率....................................................................................91
3-6 結論...........................................................................................93
3-7 與其他文獻相比探討效率差的原因.......................................95
3-8 未來計畫...................................................................................97
參考資料...................................................................................................98
附圖.........................................................................................................103
圖目錄
圖 1-1 太陽能電池分類...........................................................................9
圖 1-2 染料敏化太陽能電池組成.........................................................14
圖 1-3 染料敏化太陽能電池機制圖.....................................................15
圖 1-4 雙層式異質接面.........................................................................18
圖 1-5 體異質接面.................................................................................19
圖 1-6 DTDCTB, DTDCPB, DPDCPB 結構圖......................................20
圖 1-7 DRCN5T 結構圖.........................................................................20
圖 1-8 有機光伏打電池元件結構圖.....................................................21
圖 1-9 PC61BM 和其衍生物的結構圖...................................................22
圖 1-10 雙層異質接面及體異質接面結構圖.......................................23
圖 1-11 PEDOT:PSS 結構圖...................................................................24
圖 1-12 有機光伏打電池的工作元理...................................................25
圖 1-13 太陽能電池之電流對電壓作圖（J-V curve） .......................28
圖 1-14 太陽能輻射光譜圖...................................................................31
圖 1-15 染料分子的結構........................................................................33
圖 1-16 常被使用在有機光伏打電池的有機小分子結構...................35
圖 1-17 以diketopyrrolopyrrole 為主結構的α,α-DHTDPP 染料結構
...........................................................................................................35
圖 1-18 以Isoindigo 為主結構的染料分子結構圖..............................36
圖 1-19 Isoindigo 系列的高分子結構圖...............................................37
圖 1-20 TIDO2T 分子結構圖.................................................................39
圖 1-21 TII-TPA 和TII-PCz 染料分子結構圖......................................40
圖 1-22 TIIG-Bz、TIIG-Np 和TIIG-Bf 染料分子結構圖....................40
圖 1-23 Benzoisoindigo-based 衍生物（a）linearly- conjugated 和（b）
cross-conjugated ...............................................................................42
圖 1-24 Isoindigo-based 衍生物（ a）linearly-conjugated 和（b）
cross-conjugated ...............................................................................42
圖 1-25 Isoindigo 及Benzoisoindigo 分子結構圖.................................42
圖 1-26 不同取代位置的Thienoisoindigo-based 染料分子結構........43
圖 3-1 不同取代位置的Thienoisoindigo-based 染料分子結構..........70
圖 3-2 H 系列染料分子的結構..............................................................71
圖 3-3 Thienoisoindigo ( TII-1 ) 主結構合成路徑................................71
圖 3-4 合成Thienoisoindigo 之三條路徑圖........................................72
圖 3-5 Thienoisoindigo ( TII-2 ) 主結構合成路徑................................73
圖 3-6 TII-1 和TII-2 耦合反應路徑圖..................................................74
圖 3-7 染料H1~H7 在二氯甲烷溶劑中的吸收光譜圖.......................78
圖 3-8 染料H1~H7 做成薄膜的吸收光譜圖.......................................79
圖 3-9 H 系列染料之循環伏安法圖（CV） ........................................82
圖 3-10 H 染料分子、元件材料之能階對照圖.....................................84
圖 3-11 H 染料分子、元件材料之能階對照圖....................................85
圖 3-12 染料分子理論計算之鍵長（黑色箭頭）及二面角（紅色箭頭）
...........................................................................................................88
圖 3-13 染料分子H1~H7 理論計算之電子分布圖..............................90
圖 3-14 H2 染料分子在光強度AM 1.5G 下的J-V Curve ...................92
圖 3-15 H2 染料分子在光強度AM 1.5G 下的EQE............................92

表目錄
表 2-1 實驗使用藥品及溶劑..................................................................68
表 3-1 染料H1~H7 溶於二氯甲烷和做成薄膜之光物理性質............80
表 3-2 染料H1~H7 溶於二氯甲烷之電化學性質................................86
表 3-3 H1 及H2 染料分子在AM 1.5G 下的元件性質.........................91
表 3-4 H2 及其他文獻的染料分子在AM 1.5G 下的元件性質38-40 ....95
表 3-5 H2 及其他文獻的染料分子之電化學性質38-40 ..........................96
表 3-6 II、TII、BTII 之電化學性質46...................................................97

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