Διδακτορικός Φοιτητής
Μύρων Κρασσάς

Email

miron_krassas@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Device Engineering of Organic and Organic-Inorganic Solar Cells

Επιβλέπων

Κιοσέογλου Γεώργιος , αναπληρωτής καθηγητής ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Κιοσέογλου Γεώργιος , αναπληρωτής καθηγητής ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κυμάκης Εμμανουήλ, αναπληρωτής καθηγητής Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, ΑΤΕΙ Κρήτης

Πετρίδης Κωνσταντίνος, επίκουρος καθηγητής, Τμήματος Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε., ΑΤΕΙ Κρήτης

Περίληψη

Τις τελευταίες δεκαετίες, τα οργανικά ηλιακά κύτταρα (ΟΦΚ) θεωρήθηκαν ως μια πολλά υποσχόμενη φωτοβολταϊκή τεχνολογία με τη δυνατότητα να παρέχουν λογική απόδοση σε συνδυασμό με χαμηλό κόστος και εύκολη επεξεργασιμότητα. Ένα τυπικό ΟΦΚ περιλαμβάνει ένα ενεργό στρώμα, τα στρώματα μεταφοράς φορτίου και τα ηλεκτρόδια. Στα ΟΦΚ, το φως απορροφάται από το ενεργό στρώμα που σχηματίζεται από έναν δότη ηλεκτρονίων (οργανικό υλικό τύπου p, συζευγμένο πολυμερές) αναμεμιγμένο με έναν δέκτη ηλεκτρονίων (οργανικό υλικό τύπου n, παράγωγα φουλερενίου). Όταν ένα μόριο απορροφά το φως, ένα ηλεκτρόνιο διεγείρεται από το υψηλότερο κατειλημμένο μοριακό τροχιακό (HOMO) στο χαμηλότερο μη κατειλημμένο μοριακό τροχιακό (LUMO). Στα οργανικά υλικά, σχηματίζεται ένα στενά συνδεδεμένο ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών, δηλαδή το εξιτόνιο. Το εξιτόνιο έχει σχετικά μεγάλη ενέργεια δέσμευσης (0.3-1 eV). Για να παραχθεί ρεύμα, το εξιτόνιο πρέπει να ξεπεράσει την ενέργεια δέσμευσης και να διαχωριστεί σε ελεύθερα φορτισμένα ηλεκτρόνια και οπές. Στα ΟΦΚ, ο διαχωρισμός του εξιτονίου λαμβάνει χώρα στη ένωση μεταξύ του δότη και του δέκτη, όπου σχηματίζεται μία διεπαφή Δότη/Δέκτη. Τα πολυμερή χαμηλού ενεργειακού χάσματος (LBG) (<1,5 eV) έχουν πρόσφατα δοκιμαστεί σε ΟΦΚ, λόγω της ικανότητάς τους να απορροφούν φωτόνια στην κοντινή περιοχή της υπέρυθρης ακτινοβολίας (750-1000 nm). Παρόλο που η απόδοση των ΟΦΚ είναι πολύ χαμηλή, τα πολυμερή LBG μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δεύτερος απορροφητής σε φωτοβολταϊκές συσκευές υψηλών αποδόσεων, όπως τα ηλιακά κύτταρα με ενεργό στρώμα τον περοβσκίτη. Η ενσωμάτωση ενός δεύτερου ενεργού στρώματος αυξάνει το φάσμα απορρόφησης της φωτοβολταϊκής συσκευής, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται περισσότερα εξιτόνια, περισσότερα ελεύθερα φορτία, μεγαλύτερη πυκνότητα ρεύματος και υψηλότερη απόδοση. Επιπλέον, η στιβάδα του οργανικού υλικού προστατεύει το στρώμα του περοβσκίτη από την υγρασία και το οξυγόνο της ατμόσφαιρας του περιβάλλοντος, με αποτέλεσμα, αυξάνει τη διάρκεια ζωής του integrated ηλιακού κελιού (ISC)

Abstract

In the last decades organic solar cells (OSCs) have been considered as a promising photovoltaic technology with the potential to provide reasonable power conversion efficiencies combined with low cost and easy processability. A typical OSC comprises an active layer, charge transporting layers and electrodes. In OSCs the light is absorbed by an active layer formed by an electron donor (organic p-type material, conjugated polymer) blended with an electron acceptor (organic n-type material, fullerene derivates). When a molecule absorbs light an electron is excited from the highest occupied molecular orbital (HOMO) to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO). In organic materials, a tightly bound electron-hole pair, namely exciton is formed. The exciton has a relatively large binding energy (0.3–1 eV). To produce photocurrent, the exciton needs to overcome the binding energy and dissociate into free charges electrons and holes. In OSCs the exciton dissociation takes place at the junction where p-type and n-type semiconductors are in contact forming a D/A interface.Figure 1. OSC and PSC solar cell structure (left) and ISC (right).Low bandgap polymers (LBG) (<1.5 eV) have been recently studded in OSCs, due to their ability to absorb photons in the near infrared region (750- 1000nm). Although the photovoltaic performance is very low, LBG polymers can be used as a second absorber in high efficiency photovoltaic devices such as perovskite solar cells. The incorporation of a second active layer increases the absorption spectrum of the photovoltaic device, resulting in a greater number of excitons, more free charges, higher current density and higher achieved efficiency. Furthermore, the BHJ layer protects the perovskite layer from the humidity and the oxygen of the ambient atmosphere. Therefore, it increase the lifetime of the Integrated solar cell (ISC).

facebook icon