Ανάπτυξη και μελέτη εκτυπωμένων εύκαμπτων οργανικών φωτοβολταϊκών με δυαδικό φωτοενεργό σύστημα νανο-υλικών με μη-φουλερενικό δέκτη
Creators: name: Heben, Volha Valeri
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Εκτυπωμένα οργανικά φωτοβολταϊκά
Μη-φουλερενικός δέκτης
Φαινόμενο φωτοενεργοποίησης
Printed organic photovoltaics
Non-fullerene acceptor
Photoactivation phenomenon

description: Η παρούσα Διπλωματική Εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο LTFN του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Νανοεπιστήμες &amp; Νανοτεχνολογίες». Το αντικείμενό της αποτέλεσε η ανάπτυξη των εύκαμπτων εκτυπωμένων οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων (Organic Photovoltaics, OPV) που βασίζονται στο καινοτόμο δυαδικό σύστημα πολυμερούς με τον μη-φουλερενικό δέκτη PBDB-T:BTP-12. Ο σκοπός της εργασίας περιελάμβανε τη μελέτη βελτιστοποίησης του συστήματος PBDB-T:BTP-12 για την αύξηση της απόδοσης των OPV. Η μελέτη επικεντρώθηκε στις βασικές πειραματικές παραμέτρους που επηρεάζουν τη διαλυτότητα, τη μοριακή οργάνωση μέσα στο φωτοενεργό διάλυμα καθώς και τη μορφολογία του φωτοενεργού στρώματος PBDB-T:BTP-12. Επίσης, πραγματοποιήθηκε η έρευνα του φαινομένου φωτοενεργοποίησης που εμφανίζουν ισχυρά τα εκτυπωμένα OPV, εστιάζοντας στη συσχέτιση του φαινομένου με τις ιδιότητες του PBDB-T:BTP-12 και στην επίδρασή του στη λειτουργικότητα και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν οι παράμετροι που σχετίζονται με τη διαδικασία παρασκευής του διαλύματος του φωτοενεργού μίγματος και με τις συνθήκες ανάπτυξης του φωτοενεργού υμενίου. Τα συμπεράσματα προέκυψαν από τη μελέτη του φωτοενεργού υμενίου PBDB-T:BTP-12 και των δειγμάτων ΟPV με τις τεχνικές οπτικού και δομικού χαρακτηρισμού όπως η Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία, η Φασματοσκοπία Απορρόφησης UV-Vis, η Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων και οι ηλεκτρικές τεχνικές Light Beam Induced Current και Solar Simulator. Με τη βοήθεια των συγκεκριμένων τεχνικών προσδιορίστηκαν οι βασικές ιδιότητες του φωτοενεργού μίγματος όπως το εύρος απορρόφησης και η ενέργεια του οπτικού ενεργειακού χάσματος. Επίσης, ελέγχθηκαν τα πάχη και η τραχύτητα του φωτοενεργού υμενίου, καθώς και η διαπερατότητα των επιμέρους στρωμάτων και της ολόκληρης διάταξης OPV. Τέλος, αναλύθηκε η ηλεκτρική απόκριση του φωτοβολταϊκού στη διέγερση με LASER καθώς και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των OPV μετά την έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία.
description: This Diploma Thesis was prepared at the Nanotechnology Laboratory LTFN of the Physics Department of Aristotle University of Thessaloniki within the framework of the Interdisciplinary Postgraduate Course “Nanosciences &amp; Nanotechnologies”. The subject matter of the Thesis was the development of the flexible printed Organic Photovoltaics (OPV) based on the innovative binary system with the Non-Fullerene Acceptor (NFA), PBDB-T: BTP-12. The purpose of the work included the optimization study of the PBDB-T: BTP-12 system to increase the efficiency of OPV. The research was focused on the key experimental parameters affecting the solubility, the molecular organization within the photoactive solution as well as the morphology of the PBDB-T: BTP-12 photoactive layer. Also, the photoactivation phenomenon strongly exhibited by the printed OPV was investigated, focusing on the correlation of the phenomenon with the properties of PBDB-T: BTP-12 and its effect on the functionality and the electrical characteristics of the devices. In particular, the parameters related to the preparation process of the photoactive blend solution and the conditions of the photoactive film deposition were examined. Important conclusions were drawn from the investigation of the photoactive film PBDB-T: BTP-12 and the OPV samples with optical and structural characterization techniques. These included Spectroscopic Ellipsometry, UV-Vis Absorption Spectroscopy, Atomic Force Microscopy, and electrical techniques: Light Beam Induced Current and Solar Simulator. Utilizing the specific techniques, basic properties of the photoactive system were determined such as absorption range and optical bandgap. Also, thickness and roughness of the photoactive film, as well as transmittance of the individual layers and of the entire OPV array were measured. Finally, electrical response of the photovoltaic device to the LASER excitation as well as electrical characteristics of the OPV after exposure to solar radiation were analyzed.