Optical and electrical modeling of polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells

Omdat de wereldwijde vraag naar bruikbare energie stijgt, zijn nieuwe en economisch haalbare energiebronnen nodig om aan deze vraag te voldoen. Een kansrijke kandidaat is het veld van de zonnecellen waar licht, dat in een halfgeleidend materiaal geabsorbeerd wordt, direct in elektrische stroom omgezet wordt. Een relatief nieuwe ontwikkeling is het gebruik van speciaal gevaardigde plastic lagen in zogenoemde organische zonnecellen om zonlicht in te vangen en om te zetten in stroom. De aktieve laag van typische organische cellen bestaat uit een mengsel van twee materialen om fotonen in ladingsdragers te kunnen omzetten. Een materiaal is vaak een polymeer welke fotonen absorbeert en in excitonen omzet, het andere materiaal bestaat uit fullereen moleculen die excitonen in het polymeer opsplitsen in vrije ladingsdragers. De materialen worden in een bulk heterojunctie gemengd om een groter oppervlak tussen de materialen te verkrijgen en de afstand verkort die excitonen naar dat oppervlak afleggen. Een gecombineerd optisch en elektrisch model kan organische zonnecellen met aktieve polymeer:fullereen BHJ lagen simuleren om gedrag en efficiëntie van deze cellen te voorspellen. In dit proefschrift worden de principes van optisch en elektrisch modelleren geïntroduceerd [hoofdstukken 1 & 2], wordt de invloed van het exciton generatieprofiel op de efficiëntie van zonnecellen met ongebalanceerd ladingstransport getoond [hoofdstuk 3], het belang van het balanceren van ladingstransport voor zonnecellen met smalle bandafstand wordt gedemonstreerd [hoofdstuk 4], de invloed van de ladingstransport in de aktieve laag op de structuurkeuze voor enkele en tandem cellen getoond [hoofdstuk 5] en optimalisatie van enkele en tandem cellen onderzocht door polymeerbandafstanden en aktieve laagdikten te variëren [hoofdstuk 6]