Επίδραση μοριακών προσθέτων στις ιδιότητες και λειτουργικότητα πλήρως εκτυπωμένων εύκαμπτων οργανικών φωτοβολταϊκών
Creators: name: Παλιάγκας, Αλέξανδρος Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Οργανικά φωτοβολταϊκά
Μοριακά πρόσθετα
Κινητικότητα οπών
Organic photovoltaics
Molecular doping
Hole mobility

description: H παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Λεπτών Υμενίων – Νανοβιοϋλικών - Νανοσυστημάτων και Νανομετρολογίας (LTFN) του τμήματος Φυσικής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Νανοεπιστήμες &amp; Νανοτεχνολογίες». Σκοπός της είναι η κατασκευή και μελέτη πλήρως εκτυπωμένων OPVs και η επίδραση μοριακών προσθέτων στις οπτοηλεκτρονικές τους ιδιότητες. Συγκεκριμένα, αρχικά εξετάσθηκε η επίδραση του p-τύπου μοριακού προσθέτου 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) στην κινητικότητα των φορέων του πολυμερικού δότη που χρησιμοποιήθηκε στα OPVs μας, PBDB-T. Για το λόγο αυτό κατασκευάστηκαν και αναλύθηκαν single-carrier hole-only συσκευές (HODs), με διαφορετικές συγκεντρώσεις του μοριακού προσθέτου. Έπειτα, η ίδια μελέτη πραγματοποιήθηκε σε πλήρως εκτυπωμένα OPVs, βασισμένα στο καινοτόμο δυαδικό σύστημα πολυμερούς με τον μη-φουλερενικό δέκτη PBDB-T:BTP-12. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα στο τριαδικό σύστημα G1Y, προκειμένου να ελεγχθεί η επίδραση του F4-TCNQ και σε αυτού τους είδους τις διατάξεις. Η κατασκευή όλων των διατάξεων που μελετήθηκαν, (single carrier hole-only, binary OPVs και ternary OPVs), πραγματοποιήθηκε με την τεχνικής slot-die coating (επίστρωση με σχισμή), η οποία είναι μια συμβατή μέθοδος για Roll-to-Roll μαζική παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Η δομή των hole-only συσκευών ήταν: PET/IMI/HTL/Ενεργό στρώμα/HTL/Ag, ενώ η ολοκληρωμένη δομή των OPVs (βασισμένα σε δυαδικά και τριαδικά συστήματα) ήταν: PET/IMI/ΕTL/Ενεργό στρώμα/ΗTL/Ag. Ως στρώμα μεταφοράς οπών (HTL) χρησιμοποιήθηκε το υλικό PEDOT:PSS, ως στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL) SnO2, ενώ το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ως ηλεκτρόδιο ανόδου ήταν silver nanowires (Ag NWs). Προκειμένου να μελετηθούν οι οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες των διατάξεων στις συσκευές πραγματοποιήθηκε ηλεκτρικός χαρακτηρισμός με Solar Simulator, οπτικός χαρακτηρισμός με Φασματοσκοπία Απορρόφησης UV-Vis και δομικός χαρακτηρισμός με Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων AFM.
description: This Master's Thesis was carried out at the Laboratory of Thin Films - Nanobiomaterials - Nanosystems and Nanometry (LTFN) of the Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, within the framework of the Interdepartmental Master's Programme "Nanosciences &amp; Nanotechnologies". The aim is the fabrication and study of fully printed OPVs and the influence of molecular additives on their optoelectronic properties. Specifically, we first examined the effect of the p-type molecular additive 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) on the carrier mobility of the polymeric donor used in our OPVs, PBDB-T. For this purpose, single-carrier hole-only devices (HODs) with different concentrations of the molecular additive were fabricated and analyzed. Then, the same study was performed on fully printed OPVs based on the novel binary polymer system with the non-fullerene receptor PBDB-T:BTP-12. Finally, experiments were performed on the G1Y triadic system in order to test the effect of F4-TCNQ on this type of devices as well. The fabrication of all the devices studied, (single carrier hole-only, binary OPVs and ternary OPVs), was carried out using the slot-die coating technique, which is a compatible method for large-scale Roll-to-Roll mass production. The structure of the hole-only devices was PET/IMI/HTL/Energy layer/HTL/Ag, while the integrated structure of the OPVs (based on binary and ternary systems) was PET/IMI/ETL/Energy layer/HTL/Ag.PEDOT:PSS material was used as the hole transport layer (HTL), SnO2 as the electron transport layer (ETL), while the material used as the anode electrode was silver nanowires (Ag NWs). In order to study the optoelectronic properties of the devices in the devices, electrical characterization with Solar Simulator, optical characterization with UV-Vis Absorption Spectroscopy and structural characterization with Atomic Force Microscopy AFM were performed.