Industrial Roll-to-Roll Manufacturing of Fully Solution-Processed Non-Fullerene based Organic Photovoltaics

Ngoc-Le Maria Lena Nguyen*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstract

Organiske solceller (OSCs) har i løbet af de sidste årtier gennemgået en bemærkelsesværdig udvikling med hensyn til solcelle optimering, udvikling af materialer samt industriel implementering til kommercialisering på grund af fordelagtige egenskaber såsom lav vægt, fleksibilitet, muligheden for at lave tyndfilm fra opløsning, og konkurrencedygtig storskalaproduktion. Til sammenligning med de traditionelle fullerener, der almindeligvis bliver bruger i OSCs, har ’non-fullerene acceptors’ (NFAs) vist lovende funktioner i deres molekylære design med deres regulerbare optiske og fotofysiske egenskaber, der gør højt ydende NFAs til lovende kandidater til fremtidens organisk fotovoltaik (OPV) område. Maksimale energikonverteringseffektivitets værdier (PCE) på over 19% er allerede blevet opnået for NFA baseret OPV, dog er sådanne værdier ikke blevet opnået på industriel skala endnu. Produktionen af sådanne små enheder er primært baseret på teknikker, der ikke er industrikompatible (fx spin-coating), ikke-skalerbare materialer (fx termisk deponeret MoO3) og betingelser som iltfrit miljø. Sammen med brugen af rigide substrater, resulterer denne uoverensstemmelse mod deres praktiske anvendelse i en begrænsning af fremtidig kommercialisering.

Dette studie fokuserer på opløsnings-baseret produktion af NFA baserede enheder med et stort areal ved brug af rulle til rulle (R2R) produktion, og med hensyntagen til industrielle betingelser og standarder. Med et kommercielt tilgængeligt NFA-baseret materialesystem og optimeret enheds arkitektur, morfologi og coating processer, er enheds effektivitets værdier på over 12 % blevet opnået på celleniveau, og tæt på 7 % på modulniveau via brugen af slot-die coating og screen-printed top elektroder. Den termiske og fotoinducerede indvirkning på NFA’en er også blevet omhyggeligt undersøgt. De NFA baserede enheder viser fremragende fotostabilitet, selv efter 1000 timers konstant belysning og under åbent-kredsløb betingelser, men oplever dog effektivitetstab ved eksponering til konstant høj varme. De faktorer, der begrænser den termiske stabilitet er blevet studeret med optisk og grazing incidence wide angle x-ray spectroscopy (GIWAXS). Tilgange til den potentielle forbedring af den termiske stabilitet vil også blive præsenteret. Den succesfulde overgang til opskaleringslinjen præsenteret i dette studie, demonstrerer NFA baseret OPV’s store potentiale som den næste generation af højt ydende industriel OPV. 
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Madsen, Morten, Hovedvejleder
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 19. jan. 2024

Note vedr. afhandling

Afhandlingen kan læses på SDUs bibliotek. 

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Industrial Roll-to-Roll Manufacturing of Fully Solution-Processed Non-Fullerene based Organic Photovoltaics'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater