Organic bulk heterojunction solar cells: from single cell towards flexible photovoltaic module.

Verschillende geo-politieke conflicten, maar ook vele natuurrampen maken duidelijk dat er zowel economisch als ecologisch een grote nood is om w erk te maken van duurzamere methodes voor de opwekking van energie. Er z ijn al heel wat technologieën beschikbaar om dit te verwezenlijken en no g andere worden verder ontwikkeld of onderzocht. De verwachtingen zijn d at fotovoltaische omzetting van het overvloedig beschikbare zonlicht in onmiddellijk bruikbare electriciteit binnen enkele tientallen jaren een belangrijke bijdrage zal leveren tot de totale energievoorziening in de wereld. Op dit ogenblik hebben vooral kost-efficientie aspecten ee n algemene doorbraak van deze technologie op grote schaal nog verhinderd . Optimalisatie van bestaande alsook verdere ontwikkeling van nieuwe ben aderingen moet er toe kunnen leiden dat de kost doorheen het ganse produ ctieproces van fotovoltaische structuren verlaagd kan worden. Zo zullen deze dan competitief worden met andere energiebronnen. Het gebruik van organische geconjugeerde materialen in nieuwe types van fotovoltaische structuren levert het potentieel voor de productie van zo nnecellen en modules tegen lage kost. Chemische aanpassingen bieden daar bij de mogelijkheid om een breed gamma aan materialen te ontwikkelen met specifieke opto-electronische eigenschappen die op verschillende manier en verwerkt kunnen worden. De sterke absorptie in veel van deze organisc he halfgeleiders zorgt er bovendien voor dat slechts dunne lagen nodig z ijn voor de zonnecellen waardoor de materiaalkost alvast sterk wordt ger educeerd. Bovendien kan met zulke dunne lagen de mechanische flexibilite it van organische vaste stoffen optimaal benut worden. Meestal kunnen de ze materialen bij lage temperaturen aangebracht worden zodat heel wat ve rschillende dragers gebruikt kunnen worden, zoals o.a. eenvoudige plasti ek folies. Dus de eenvoudige verwerking van dunne volledig flexibele fot ovoltaische structuren met een gering gewicht komt zeker binnen handbere ik wanneer organische geconjugeerde materialen in acht worden genomen. E erste ontwikkelingen in de richting van een dergelijke technologie wordt beschreven in dit werk. Er wordt aangetoond dat de bulk donor/acceptor heterojunctie een veelbel ovende benadering is voor organische zonnecellen, zeker wanneer vaste-st of structuren beschouwd worden. Een grondige studie van zo n structuur w ordt dan ook behandeld in dit werk. Aangezien naast een dieper fundament eel begrip van de werking ook de productie van dit soort zonnecellen wor dt beschouwd, met het oog op het realiseren van volledig flexibele fotov oltaische modules op grote schaal, werd er voor gekozen om te focussen o p een polymeer gebaseerde actieve laag, met poly(phenylene vinylene) als donor en een C60 derivaat als acceptor. Het werk kan daarbij opgedeeld worden in twee grote delen, met dit materiaalsysteem als leidraad. Ten e erste wordt een eenvoudige beschrijving van deze zonnecel nagestreefd, i n combinatie met het verkrijgen van meer fundamentele inzichten. In rela tie hiermee worden eveneens nieuwe materialen bestudeerd. In een tweede deel wordt de mogelijkheid onderzocht om over te gaan naar een grootscha ligere aanmaak door het introduceren van een druktechniek. Eerst wordt een grondige beschrijving gegeven van de manier waarop een s tandaard bulk heterojunctie zonnecel kan gemaakt worden met een actieve laag van de gegeven materialen. Een eenvoudige fotovoltaische karakteris atie van dit systeem wordt gegeven waarbij een algemene manier wordt aan gereikt voor de evaluatie van dergelijke zonnecellen. Een suggestie voor de beschrijving wordt gedaan aan de hand van het welgekende superpositi e principe om enkele fysische aspecten van deze structuren toe te lichte n. Niettemin kan een dergelijke eenvoudige analyse geen eenduidig beeld gev en van de generatie en het transport van de verschillende ladingsdragers . Daarom worden er nog andere experimenten uitgevoerd. Hierbij wordt de verhouding van donor materiaal ten opzichte van het acceptor materiaal s terk gevarieerd. Het belang van een goede balans in het ladingstransport om de fotostroom te optimaliseren in het bi-continu netwerk wordt hierd oor sterk verduidelijkt. Ook de invloed van de donor/acceptor verhouding op de fotospanning wordt bestudeerd. In relatie met de voorgaande bevindingen worden nieuwe materialen getest . De prestaties van zonnecellen met zowel nieuwe donor materialen als ee n alternatieve acceptor worden bekeken ten opzichte van die van het stan daard materiaal systeem. Optische en electrische metingen tonen verder a an waarom er zich bepaalde tekortkomingen of verbeteringen voordoen. Tot hiertoe werd spin coating gebruikt voor het aanbrengen van de actiev e organische laag. Het is echter niet erg waarschijnlijk dat deze techni ek op grote schaal zal worden toegepast in industriële productie van zon necellen. Daarom wordt de toepasbaarheid van een druktechniek onderzocht . Dit maakt het mogelijk om de actieve laag onmiddellijk te structureren , in tegenstelling tot spin coating. De productie van monolithische modu les wordt daardoor mogelijk. Eerste resultaten voor dergelijke organisch e modules zowel op glas als op flexibele dragers worden verduidelijkt. V erder wordt de verwerking van de transparente electrode vooraan alsook d ie van het electrische contact achteraan met deze druktechniek beschreve n. Ter afsluiting wordt er ook een korte vooruitblik gegeven op het werk da t nog openligt voor de toekomst.status: publishe