Device engineering of organic and organic-inorganic solar cells

Abstract

Organic solar cells are consider a very promising technology among the third generation solar cells. A great tailback of the organic solar cell is the small exciton diffusion length and the high binding energy of the exciton. So the first two works are based on the incorporation of a third component in the photoactive layer in order to increase the number of dissociated exciton. The presence of the third component led to an increasement of the current and the enhancement of the PCE of the photovoltaic device. In the second part, in collaboration with another group, the study of low band gap polymers is shown. The OPVs absorb in the visible light of the solar spectrum, leaving the near infrared unexploited. LBG polymers, although they have small efficiencies, can be added in the photoactive layer of the device and act as a second absorber. The result will be an increasement of the absorption spectrum further from the visible and into the infrared region, which will lead in an enhancement of the current and finally of the PCE of the device. In the final part, the stability of two different polymer was studied, P3HT and PCDTBT, two very well-known polymers in world of OPVs. Both collaborations aimed to study the effect that polymer properties, device structure (inverted/conventional and buffer layers) and encapsulation procedure have to the device stability and lifetime, and used as guidance for the fabrication of stable OPVs based on those two polymers.

Τα οργανικά φωτοβολταϊκά θεωρούνται μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία μεταξύ των ηλιακών τεχνολογιών της τρίτης γενιάς. Ένα μεγάλο μειονέκτημα του οργανικού φωτοβολταϊκού κελιού είναι το μικρό μήκος διάχυσης του εξιτονίου και η υψηλή ενέργεια σύνδεσής του. Έτσι, τα πρώτα δύο έργα βασίζονται στην ενσωμάτωση ενός τρίτου συστατικού στο φωτοενεργό στρώμα, προκειμένου να αυξηθεί ο αριθμός των διαχωρισμένων εξιτονίων. Η παρουσία του τρίτου υλικού οδήγησε σε αύξηση του ρεύματος και κατά συνέπεια στην ενίσχυση της απόδοσης της φωτοβολταϊκής συσκευής. Στο δεύτερο μέρος, σε συνεργασία με άλλο εργαστήριο, παρουσιάζεται η μελέτη πολυμερών χαμηλού ενεργειακού χάσματος. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά απορροφούν στο ορατό φως του ηλιακού φάσματος, αφήνοντας ανεκμετάλλευτη το κοντινό φάσμα της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τα πολυμερή μικρού ενεργειακού χάσματος, αν και έχουν μικρές αποδόσεις, μπορούν να προστεθούν στο φωτοενεργό στρώμα της φωτοβολταϊκής συσκευής και να λειτουργήσουν ως δεύτερος απορροφητής. Το αποτέλεσμα θα είναι μια αύξηση του φάσματος απορρόφησης πέραν του ορατού φάσματος, στην υπέρυθρη περιοχή, η οποία θα οδηγήσει σε ενίσχυση του ρεύματος και τελικά της απόδοσης της συσκευής. Στο τελευταίο μέρος, μελετήθηκε η σταθερότητα δύο διαφορετικών πολυμερών, P3HT και PCDTBT, δύο πολύ γνωστά πολυμερή στον κόσμο των οργανικών φωτοβολταϊκών. Και οι δύο συνεργασίες αποσκοπούσαν στη μελέτη της επίδρασης που έχουν οι ιδιότητες του πολυμερούς, η δομή της συσκευής (ανεστραμμένη / συμβατική δομή και ρυθμιστικά στρώματα) και η διαδικασία ενθυλάκωσης, στη σταθερότητα και τη διάρκεια ζωής της συσκευής, και χρησιμοποιήθηκαν ως καθοδήγηση για την κατασκευή σταθερών οργανικών φωτοβολταϊκών συσκευών με βάση αυτά τα δύο πολυμερή.