Εφαρμογή τεχνικών Laser για την ανάπτυξη νέων υλικών και διαγνωστικών τεχνικών με σκοπό την εφαρμογή τους σε οργανικές φωτοβολταΪκές διατάξεις
Authors: Συγλέτου Μαρία 
Published: September 2021

Τα τελευταία χρόνια, η ανάγκη για χαμηλού κόστους υλικά με δυνατότητα επεξεργασίας σε διάλυμα, ιδανικά για φωτοβολταϊκές εφαρμογές, έχει γνωρίσει ιδιαίτερη προσοχή στην παγκόσμια επιστημονική έρευνα. Τα οργανικά ημιαγώγιμα υλικά παρουσιάζουν φωτοβολταικές δυνατότητες. Οι οργανικές ενώσεις έχουν πολύ χαμηλότερο κόστος παραγωγής από ότι το πυρίτιο ή οποιοδήποτε από τα διαθέσιμα μέχρι σήμερα φωτοβολταικά υλικά, ενώ οργανικές φωτοβολταικές διατάξεις μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας διαλυμάτων σε χαμηλές θερμοκρασίες. Για να γίνουν πιο ανταγωνιστικές οι τεχνολογίες οργανικών φωτοβολταϊκών πρέπει να ξεπεραστούν δύο κύρια προβλήματα : η χαμηλή απόδοση και η μικρή διάρκεια ζωής. Απαιτείται περαιτέρω ερευνητική προσπάθεια για την αύξηση της απόδοσης μετατροπής ισχύος, καθώς και τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της συσκευής. Δουλεύοντας σε αυτή την κατεύθυνση, μελετήθηκε η επίδραση της ενσωμάτωσης μεταλλικών νανοσωματιδίων στο ενεργό στρώμα των οργανικών φωτοβολταικών κυψελίδων, στην αποτελεσματικότητα και την σταθερότητα της συσκευής. Τέτοια συστήματα έχουν αποδειχθεί ότι είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την ενίσχυση της λειτουργίας, λόγω τοπικού συντονισμού επιφανειακών πλασμονίων (LSPR) ή σκέδασης φωτός ή συνέργεια των δύο. Στην εργασία αυτή, πραγματοποιήθηκε σύνθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων μέσω φωτοαποδόμησης με λέιζερ στερεού στόχου σε υγρό μέσο. Επιπλέον, τεχνικές λέιζερ αναπτύχθηκαν για την κατασκευή υβριδικών διδιάστατων υλικών με μεταλλικά νανοσωματίδια σε διάλυμα προκειμένου να αξιοποιηθεί τόσο η συμβολή των νανοσωματιδίων στην ενίσχυση απορρόφησης του φωτός όσο και η ύπαρξη ενεργειακού χάσματος των υλικών, προκειμένου να επιτευχθεί ενίσχυση του διαχωρισμού εξιτονίων και συλλογή φορτίου για πιθανή εφαρμογή τους στην τριμερή συσκευές. Τα συστήματα διδιάστατων φύλλων με μεταλλικά νανοσωματίδια σχηματίστηκαν υπό συνθήκες περιβάλλοντος, μέσω μιας εύκολης και ταχείας διαδικασίας λέιζερ σε διάλυμα, υποβοηθούμενης υπό την παρουσία ενός μεταλλικού προδρόμου. Τα προκύπτοντα υβριδικά υλικά έχουν ενσωματωθεί στο ενεργό στρώμα ως το τρίτο συστατικό σε μία τριαδική οργανική φωτοβολταική συσκευή με ένα συζυγές πολυμερές και ένα φουλερένιο. Η έννοια της φωτοχημικής σύνθεσης σε διάλυμα χρησιμοποιήθηκε επίσης για την κατασκευή νέων υλικών με βάση το γραφένιο για την εφαρμογή τους ως αποδέκτες ηλεκτρονίων σε οργανικές φωτοβολταικές συσκευές. Τα νανοδομημένα υλικά με βάση το γραφένιο φαίνεται να είναι ελκυστικές εναλλακτικές λύσεις σε μια σειρά νέων ενεργειακών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών φωτοβολταϊκών κυψελίδων, σε μπαταρίες λιθίου, κυψέλες καυσίμου και υπερπυκνωτές. Τα προκύπτοντα υλικά με βάση το γραφένιο έχουν ενσωματωθεί στο ενεργό στρώμα των συσκευών OPV και έχουν εφαρμοσθεί σαν αποδέκτες ηλεκτρονίων, αντικαθιστώντας το πλέον χρησιμοποιούμενο παράγωγο φουλερενίου PC71BM. Τέλος, ο χαρακτηρισμός των υλικών που προέκυψαν μετά την κατεργασία με laser καθώς και η βελτιστοποίηση των φωτοβολταικών διατάξεων που κατασκευάστηκαν, έχουν αξιολογηθεί με τεχνικές φασματοσκοπίας και μικροσκοπίας παράλληλα με φωτοβολταικές μετρήσεις