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Item 鎳有機金屬骨架薄膜之長晶機制並應用於染料敏化太陽能電池之電觸媒(2023) 邱伯特; Qiu, Bo-Te藉由原位配基合成的方法，以6,6’-二硫二菸酸(H2dtdn)作為初始物形成mdn配基，成功合成一種結構為[Ni(mdn)(H2O)2]n的鎳有機金屬骨架材料(MOF)。利用2-巰基-3-吡啶甲酸所形成的自組裝單層，可使[Ni(mdn)(H2O)2]n薄膜生長在不同的導電基材上，例如FTO導電玻璃、碳布、發泡鎳。MOF薄膜由基材底部開始生長的反應機制可分為以下的幾個步驟：(1) 2-巰基-3-吡啶甲酸錨定在基材上；(2) 在2-巰基-3-吡啶甲酸上的硫醇基和質子裂解後，分別形成3-吡啶羧酸根自由基和去質子的2-巰基菸酸根；(3) 從2-巰基-3-吡啶甲酸得到的3-吡啶羧酸根自由基會與從6,6’-二硫二菸酸得到的去質子6-巰基菸酸根形成碳-硫鍵結；從2-巰基-3-吡啶甲酸得到的去質子2-巰基菸酸根與從6,6’-二硫二菸酸得到的3-吡啶羧酸根自由基形成碳-硫鍵結；(4) 兩種鍵結都會形成6-(3-carboxylatopyridin-2-ylthio)nicotinate作為錨定基團；(5) 鎳離子(II)會與基材上的錨定基團配位；(6) mdn與鎳離子(II)的配位不斷延伸而形成[Ni(mdn)(H2O)2]n。當上述[Ni(mdn)(H2O)2]n@CC及[Ni(mdn)(H2O)2]n@NF作為染料敏化太陽能電池(DSSCs)的對電極時，MOF薄膜對於I3–還原的催化活性越高，染敏電池的光電轉換效率就會越好。通過調整反應時間進而調整薄膜的粗糙度、厚度以及中孔率可獲得最優化的[Ni(mdn)(H2O)2]n@CC (標示為D12h@CC)。有鑑於發泡鎳在MOF生長過程中會伴隨蝕刻反應，調整了薄膜的粗糙度、厚度以及附著力可獲得最佳的[Ni(mdn)(H2O)2]n@NF (標示為D06h@NF)。在染敏太陽能電池的測量上，D12h@CC與D06@NF 分別在一個太陽光下達到了9.30%與8.42%的效率。這些電極表現出的電化學性能比稀貴的白金碳布電極(9.36%)與白金發泡鎳電極(8.78%)來說更有競爭力。而在昏暗的低照度下，由D12h@CC組裝的染敏電池在6000流明達到10.80%，以及在3000流明達到15.52%的效率，顯示此材料對於染敏電池加入互聯網元件有良好的潛力。Item 銅摻雜之鈷有機金屬骨架應用於染料敏化太陽能電池對電極(2022) 賴君瑋; Lai, Chun-Wei多孔隙雙金屬銅/鈷有機金屬骨架(Cu/Co-MOF)薄膜主要由銅摻雜的Co-MOF (Co2(6-mercaptonicotinate)2, CUK-2)與少量的鈷摻雜Cu-MOF ([Cu2(6-mercaptonicotinic acid)(6-mercaptonicotinate)]·NH4)組成，藉由下列六步驟的長晶機制鍵結在導電基材上：(i)錨定一層6-mercaptonicotinate (6-MNA)修飾層至基材；(ii) 硫醇基去質子化；(iii) 形成金屬−硫鍵；(iv) 6,6'-dithiodinicotinic acid (H2dtdn)釋出去質子化6-MNA；(v) 形成金屬-硫、金屬-氮或金屬-氧鍵；(vi) MOF晶體結構的展延。透過此方法可在沒有其他干擾物（包含客體分子、黏合劑或MOF衍生物）的情況下，量測MOF材料自身的本質電催化特性。使用碳布作為導電基材時，碳布中的碳纖維可作為一維導電核心，包覆其上的雙金屬Cu/Co-MOF薄膜可作為電催化外殼，可建立核/殼結構的階層式電荷傳輸路徑。雙金屬Cu/Co-MOF薄膜同時具備了由Co-MOF所提供的高孔隙度，也擁有Cu-MOF所提供的高導電度，此協同效應使雙金屬Cu/Co-MOF擁有較佳的本質電催化特性。在三維結構的Co-MOF中含有大量的一維彈簧狀(−Co−S−)n鏈作為活性位點，而二維Cu-MOF中含有許多二維蜂巢狀(−Cu−S−)n平面作為快速電子傳導路徑。因此，使用最佳雙金屬Cu/Co-MOF(9.96%)作為對電極之染敏電池相較於純Co-MOF(9.93%)、純Cu-MOF(9.36%)、白金(9.25%)之電池有更突出表現。在三種氧化−還原對（I−/I3−、Co(II/III)和Cu(I/II)錯合物）中可觀察到雙金屬Cu/Co-MOF出色的電催化劑活性，揭示了非導電、導電或雙金屬MOF應用於各種電化學系統的無限潛力。Item 高效能鈷鎳氧硒化物電觸媒應用於水分解與染料敏化太陽能電池(2022) 王得權; Wang, Te-Chuan便宜且製備簡易的鈷鎳氧硒化物薄膜可成功藉由電沉積法與硒化程序來合成。使用可彎曲的碳布做為基材，成功製造出以一維碳纖維為導電核心，附著性良好的鈷鎳氧硒化物的薄膜為催化外殼的核-殼結構。當前驅鹽中鈷(II)/鈷(II)+鎳(II)的莫爾比增加從0.00到0.17時，鈷鎳氧硒化物顆粒大小下降而使電極表面積提升，讓CC/Co-10表現出對三碘離子最佳的還原能力。使用CC/Co-10當作染料敏化太陽能電池的對電極時，可以達到優異的光電轉換效率10.71%，甚至高於傳統的白金CC/Pt (9.38%)。當持續增加前驅鹽中鈷(II)/鈷(II)+鎳(II)的莫爾比從0.17到0.67，可大幅度增加電極中[Se2−]/[O2−+Se2−]的莫爾比，進而優化CC/Co-40電極於產氫反應(HER)的電催化能力，達到平均過電位(ηavg-HER)為215 mV (vs. RHE)、10 mA cm-2下的過電位為223 mV (vs. RHE)、100 mA cm-2下的過電位為556 mV (vs. RHE)、塔佛斜率為148 mV decade-1。同時CC/Co-40電極對於產氧反應(OER)也擁有最佳的電催化能力，達到平均過電位(ηavg-OER)為362 mV (vs. RHE)、10 mA cm-2下的過電位為362 mV (vs. RHE)、100 mA cm-2下的過電位為592 mV (vs. RHE)、塔佛斜率為116 mV decade-1；優於常見的CC/RuO2電極(ηavg-OER為392 mV vs. RHE)。經由調整CC/CoxNiyOmSen的化學計量比例，多功能的電催化CoxNiyOmSen材料可以根據三碘離子的還原、產氫、產氧等反應，各別進行材料優化來達到最佳的電化學表現，顯示其應用於不同電化學系統的無限潛力。Item 空氣穩定鈣鈦礦電觸媒應用於染料敏化太陽能電池對電極(2021) 鐘仁駿; Zhong, Ren-Jun本研究論文旨在通過使用易於製造的染料敏化太陽能電池作為合適的量測平台來評估空 氣穩定的電化學耐用鈣鈦礦材料。在第三章通過使用於透明層的商用 Ti-Nanooxide 塗料並且 優化光散色層的二氧化鈦塗料，來建立一個穩定、可靠、低成本且易於製造的染料敏化太陽 能電池。在不使用高溫高壓設備合成二氧化鈦奈米和微米顆粒的情況下，通過添加重量比為 50 %的二氧化鈦固體製備均勻可靠的光散射二氧化鈦塗料，該塗料由 Ti-Nanoxide/ST-41（重 量比為 2/1）和聚乙二醇（PEG，相對於 ST-41 的重量比為 25%）溶於第三丁醇/去離子水（體 積比為 9/1）的混合溶劑中。獲得高達 8.47%的電池性能並具有良好的重現性和可靠性，可用 於進一步研究鈣鈦礦電極的電催化性能。 在第四章中通過使用 100%的甲脒作為 A 位分子，摻雜 10%的碘化鍺（II）於B 位元素穩定劑並添加四烷基鹵化銨作為表面鈍化劑，成功製造出結構為發泡鎳基板/二氧化鈦/甲脒碘 化鉛鍺(NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3)的空氣穩定和電化學耐用的鈣鈦礦電極。所有被不同四烷基鹵 化銨鈍化的 FA(Pb1-xGex)I3 鈣鈦礦薄膜均表現出良好的 α-FAPbI3 結晶並保持良好的熱力學穩 定性，在空氣中至少四個月沒有任何晶體分解或衰變。當表面鈍化劑的四烷基銨陽離子中烷 基取代基的長度從乙基(C2)逐漸延長至十二烷基(C12)時，我們發現四正己基銨(THA)碘化物 可提供最佳的電池性能。在 FA(Pb1-xGex)I3表面添加溴化物(THA-Br)可形成少量 FAPbBr3作為 額外的活性位點來增益 I–/I3–的氧化還原反應，然而當表面添加氯化物(THA-Cl)時，THA-Cl 的團聚使得表面鈍化效果低下以及覆蓋了電活性位點，導致 FA(Pb1-xGex)I3的電催化能力下降。 最佳的 NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3/THA-Br0.5I0.5 電極對多種氧化還原介質(I–/I3–, CoII/III-phen 和CuI/II-dmp)均表現出良好的電化學耐用性和電催化能力。優化後的NF/TiO2/FA(Pb1-xGex)I3/ THA-Br0.5I0.5對電極可使其染料敏化太陽能電池在 I–/I3–系統中達到 8.50% (1 個太陽光)，而在1 klux (飛利浦 T5 燈)下可達到 22%，且均具有良好的重現性，相較於傳統的白金對電極 (9.78%)，可達其效能的 87%，顯示出空氣穩定之鈣鈦礦電極在各種電化學系統中具有無限的 應用潛力。Item 三苯胺硫二苯胺系列雙錨基有機染料應用於染料敏化太陽能電池(2021) 潘姿霒; Pan, Tzu-Ying合成三苯胺硫二苯胺染料（TY1-TY3）作為無金屬的有機染料，應用於染料敏化太陽能電池（DSSC）。引入三苯胺(TPA)作為硫二苯胺(PTZ)的N-取代基，目的在於作為二級電子予體並建立階層式電荷轉移通道，增加主要電子予體PTZ的電荷轉移(ICT)至錨基，且提供快速的染料再生。以4-(hexyloxy)phenyl (-OC6H13)或4-(hexylthio)phenyl (-SC6H13)取代基的三苯胺硫二苯胺核心，與3-hexylthiophene連接，得到TY1。同樣的，當使用 4,4-bihexyl-4H- cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene (CPDT)作為共軛架橋，則會得到TY2和TY3。當TPA主體上的取代基從4-(hexyloxy)phenyl轉換成 4-(hexylthio)phenyl (TY2到TY3)時，發現染料的ICT吸收峰藍移且HOMO/LUMO能階顯著的提高，是由於烷硫取代基的推電子特性比含氧類似物更強。因此基於TY3的染敏電池元件表現出低於3%的效率，歸因於 4-(hexylthio)phenyl取代基的存在，導致無效率的電子注入。當共軛架橋從3-hexylthiophene延伸到CPDT（TY1到TY2）時，ICT吸收帶變窄、莫耳消光係數變高，但HOMO/LUMO能階維持不變。這種現象指出共軛長度的延伸不利於TY染料的光吸收，從而不利於電子注入。在所有TY染料中，當TY1含有鵝去氧膽酸(CDCA)作為共吸附劑，在一個太陽光的條件下，表現出良好的光電轉換效率達 10.47%；此裝置效率優於N719 (9.50%)和HL5 (8.53%)。這些結果歸因於TY1具有適當的光吸收範圍、有效的電子注入、良好的階層式電荷轉移通道和快速的染料再生。在室內照明（Philips T5 lamp）下，基於TY1的染敏電池在1000 lux、600 lux 和300 lux下分別達到了21.2%、19.5% 和16.8%的光電效率，顯示出染敏電池在物聯網 (IoT)應用上的無限潛力。Item 具雙極性順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重鄰位混成系統之衍生物在有機電致發光和有機敏化太陽能電池材料上的應用之研究(2013) 趙韋善; Wei-Shan Chao一、具有雙極性順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重鄰位混成系統材料於有機敏化太陽能電池應用 成功的以順式二苯乙烯/芴螺旋體系統為模板，C7位置統一為噻吩和羫酸基團，C3位置則為不同的推電子基團合成出一系列N-STIF-TCAs的有機敏化材料；在敏化太陽能電池元件的元件效率上，這一系列化合物的在AM 1.5標準太陽光照射下元件效率最大可以達到6.1% (Voc = 697 mV, Jsc = 12.2 mA/cm2, FF = 0.72)；而光電轉化率在吸收光波長範圍450-550 nm，可以達到75%以上的轉換效率。另一方面，我們利用有機金屬敏化材料鋅-卟啉 (LD12) 和有機敏化材料IMS-STIF-TCA搭配而得到一個高效率的共吸附染料敏化太陽能電池，IMS-STIF-TCA除了可以彌補和提升LD12在吸收光波長範圍450-500 nm的光電轉換率之外，這兩化合物搭配的共吸附敏化太陽能電池的元件效率可以提升到9.0%，為單純的LD12 (7.5%) 所製成的元件效率的1.2倍；IMS-STIF-TCA (5.7%) 所製成的元件效率的1.6倍；我們也利用NFl2-STIF-TCA、YD2-oC8和YDD6為主的共敏化太陽能電池，成功地讓吸收光範圍延伸到800 nm的範圍之外，因為NFl2-STIF-TCA本身具有雙螺旋體的結構，可以防止YDD6和YD2-oC8在奈米晶二氧化鈦上產生分子堆疊，使得整體的元件效率也提升到10.4 %左右。 二、具有雙極性順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重鄰位混成系統材料於有機發光二極體上的應用 以順式二苯乙烯/芴螺旋體系統為模板，C3位置固定為雙苯基胺基團，C7位置則引入氰基、苯氰基、咪唑基和苯咪唑基團，成功的合成出一系列具有藍綠光和純綠光的雙極性有機光電材料N-STIF-As。當搭配α-NPB為電洞傳輸材料或者是以Alq3或TPBI為電子傳輸材料所製成雙層或者是三層結構元件時，這一系化合物在電流密度為20 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為4.0-5.2%；螢光亮度 (L20) 為2180-3069 cd/m2；元件效率為 (c) 11.4-15.8 cd/A；而功率效率為 (p) 5.4-7.0 lm/W，和以Alq3為主所製成雙層或三層結構的元件效率相比，皆高於2-3倍。另外，我們以N-STIF-CN和N-STIF-PhCN這兩個化合物當作電子傳輸材料並應用在有機電致發光二極體的元件上，其元件效率皆優於以Alq3為電子傳輸材料所製成的元件，效率皆高於1.4-1.8倍。 三、7,8號位置茚基片段混成於順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重混成系統在有機發光二極體上的應用 以順式二苯乙烯/芴螺旋體系為主要的核心模板，並在C7和C8位置混成茚基片段，並在C3的位置固定為雙苯基胺基團，而成功的合成出一系列新型模板的有機光電材料並應用在有機電致發光二極體上。我們在這一系列化合物的茚基片段上引入不同的推拉電子基團，使其成為一系列的天藍光和純綠光的有機光電材料。當搭配α-NPB為電洞傳輸材料或者是以Alq3或TPBI為電子傳輸材料所製成雙層或者是三層結構元件時，這一系化合物在電流密度為100 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為1.1-3.0%；螢光亮度 (L20) 為1628-5151 cd/m2；元件效率為 (c) 1.8-5.8 cd/A；而功率效率則為 (p) 0.8-2.0 lm/W。 四、新型3,4,7,8-茚基或吡咯並環混成於順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重鄰位混成系統在有機發光二極體上的應用 另外也以順式二苯乙烯/芴螺旋體系統為主要模板，利用東京大學化學系中村榮一教授及其研究團隊所開發的新合成方法引入茚基或者是吡咯並環，而成功合成出兩個新型的有機光電材料。在元件製程上，當搭配PEDOT:PSS為電洞注入材料和以TPBI為電子傳輸材料，以真空蒸鍍方法所製成的元件效率，以DICBID-STIF為主的元件效率在電流密度20 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為0.7%；螢光亮度 (L20) 為294 cd/m2；元件效率為 (c) 1.9 cd/A；而功率效率為 (p) 1.1 lm/W；以DIID-STIF為主的元件效率同樣在電流密度20 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為0.8%；螢光亮度 (L20) 為832 cd/m2；元件效率為 (c) 2.2 cd/A；而功率效率為 (p) 1.3 lm/W。除此之外，為了增進這兩者化合物所製成的元件效率，我們以CBP當作主體材料，DICBID-STIF和DIID-STIF以合適的比例參雜進去，當搭配PEDOT:PSS為電洞注入材料和以TPBI為電子傳輸材料，以濕式旋轉塗佈方法所製成的元件效率，以DICBID-STIF為主的元件效率在電流密度20 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為2.3%；螢光亮度 (L20) 為550 cd/m2；元件效率為 (c) 2.8 cd/A；而功率效率為 (p) 1.4 lm/W；以DIID-STIF為主的元件效率同樣在電流密度20 mA/cm2的量測下，外部量子產率 (ext) 為2.9%；螢光亮度 (L20) 為1250 cd/m2；元件效率為 (c) 6.5 cd/A；而功率效率則為 (p) 3.5 lm/W。Item 含有1,3-環己二烯π共軛骨架的有機雙極性染料用於染料敏化太陽能電池之研究(2010) 陳冠甫; Chen, Kuan-Fu本篇論文分為三個研究主題，第一個研究主題是我們研發以1,3-環己雙烯當作主要骨架的有機化合物染料來當作染料敏化太陽能電池的材料，並測試、探討其物理性質，以作為將來發展類似結構時的依據。在這些自行合成的染料結構中，除了 16 和 45 的結構，其他染料結構均包含了1,3-環己二烯的架構，希望藉由此環形的架構增加染料分子堆疊在二氧化鈦的程度，使染料在二氧化鈦上的吸附量增加，但是卻相對減少共軛分子間堆疊時常見到的 π – π 堆積作用力，進而增加染料的轉換效率。在物理性質方面，我們分別測試了染料個別的吸收光譜、螢光激發光譜和電化學性質。同時也將其製作成染料敏化太陽能電池的元件，利用太陽光模擬及特定波長光束輸出系統進行光電轉換效率與單色光轉換效率的測試，其中利用 14a 製備的元件其光電轉換效率可達到4.4 %，為利用 N719 製備元件的70 % (η = 5.87 %)，也從4b和其對照組 (16 和 45) 應証了環己二烯結構的優點。 在第二個主題中，我們探討了具有 TICT 態的染料對於 DSSCs 的效率影響，同時以相關數據證明了 4b 在激發態時會有 TICT 態。 TICT 態會使分子的偶極距增大，也會阻礙分子內電子的再結合。從相關的物性測試中，得知 D-π-A 分子具有 TICT 現象時會影響 Jsc 的數值，進而提高染料敏化太陽能電池的元件效率。 第三個題目是我們設計兩種新型 D-D-π-A 型式的有機染料，其中 D-π-A 的架構和第一個題目的結構 (4b和4c) 相似。我們希望藉由 D-D-π-A 的架構擴大染料的吸光範圍及消光系數，另一方面則是減少染料分子間的堆疊及提高熱穩定性，進而增加染料的轉換效率。目前此部份研究進行至化合物的合成。Item 含有反式二苯乙烯發色團的雙偶極有機材料應用於染料敏化太陽能電池(2012) 徐榕蓉; Jung Jung Hsu我們設計並合成一系列含有反式二苯乙烯為架橋結構的分子，並分別以對位或間位共軛為連接組成共軛系統，與兩端的電子予體及電子受體形成一雙偶極染料分子，應用於染料敏化太陽能電池。理想的架橋應該是要能作為促進電子從電子予體傳遞至受體時的管道，並且抑制反方向的電子再合併。為了瞭解對位及間位共軛在結構上不同的效應，我們討論其光物理性質和元件效率；另外也將離子性液體電解質和改變染料浸泡溶劑作為製備元件的變因，觀察其特性。 由於間位共軛的電子耦合本質上就相較於對位共軛弱，然而近來發現在電子激發態時它們是不相上下的，尤其間位共軛較長的激發子生命期使得電子再合併不易，有利於提升元件效率；然而因為間位共軛使得分子共軛系統較短，造成光電流形成的低落，仍然是影響元件效率的主因，並且還有待改善，可以從調整分子結構來著手。在我們實驗的結果顯示，化合物(PP)展現了最好的光電轉換效率5.34%；含有間位共軛的化合物(PPM)則展現了不錯的2.89%效率。Item 新穎非對稱鋅酞青素之合成與鑑定及其在染料敏化太陽能電池之應用(2013) 張富傑; Chang Fu Chieh鋅酞青素常被使用於染料敏化太陽能電池，因為它能吸收近紅外光及紅光波段之太陽光以及具有良好光及化學穩定性。我們成功合成三種鋅酞青素染料35TN、TThC與TThCA。並分別用核磁共振光譜儀(NMR)、質譜儀鑑定化合物之結構；並由紫外/可見光光譜儀及循環電位儀了解化合物之HOMO、LUMO與吸收光譜；低能量表面功函數量測儀(AC-2)得知化合物在固態時之能階；理論計算模擬化合物在激發態時墊子躍遷的情形；更進一步將染料製作染敏太陽能電池探討其光電轉換效率，結果將與TT1、TT7與35T比較。 在模擬太陽光AM 1.5 (100 mW/cm2) 照射下，利用浸泡式與液滴式的方式製作太陽能電池元件，其酞青素染料分子的光電轉換效率浸泡式分別為TT1 (3.24 %)、TT7 (1.26 %)、TThC (1.34 %)、TThCA (2.13 %)、35T (1.12 %)及35TN (1.42 %)；而液滴式分別為TT1 (1.47 %)、TT7 (1.88 %)、TThC (1.73 %)、TThCA (1.33 %)、35T (0.93 %)及35TN (1.65 %)。Item 以 1,3-環己二烯及芴官能基為主體之有機染料研究及其染料敏化太陽能電池應用(2012) 謝毅穎本文中探討以芴基 (fluorenyl) 為推電子端，羧酸根為拉電子基團，而推拉電子基團中間以不同的共軛片段，如苯環、噻吩 (thiophene) 及1,3-環己二烯，設計成推電子端- 共軛-拉電子端 (Donor- conjugated system-Acceptor (D--A) 形式的染料 dh19、dh123、dh。本文中成功合成出染料 dh19 及 dh123，分別進行了核磁共振結構鑑定、高解析質譜結構鑑定、紫外光-可見光吸收光譜、循環伏特安培法、太陽能電池的光電轉換效率、EIS (electrochemical impedance spectroscopy) 等的實驗。以 AM 1.5 irradiation (100 mW/cm2) 所測得光電轉換效率，以 dh123 = 3.63% 為最高，其中 dh123 的 Jsc = 8.23 mA/cm2 高於 dh19 許多，推測可能原因是 dh123 有較出色的吸收光子能力，不論是消光係數還是紫外光-可見光吸收光譜波長涵蓋範圍，dh123 皆是較優秀的，而且 dh19 及 dh123 在吸附量上差異不大，因此 dh123 擁有較大的電流密度。