Ανάπτυξη και μελέτη υμενίων νάνο-νημάτων Αργύρου (Ag) και ενσωμάτωση ως ηλεκτρόδια σε διατάξεις οργανικών φωτοβολταϊκών με στόχο την δημιουργία βέλτιστων σε απόδοση πλήρως εκτυπωμένων ημι-διάφανων OPV
Creators: name: Προδρομίδης, Παύλος Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Οργανικές φωτοβολταϊκές διατάξεις
Ημι-διάφανα OPV
Νάνο-νήματα αργύρου
Organic photovoltaic devices
Semi-transparent OPV
Silver Nano-wires

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν, χαρακτηρίστηκαν και εντάχθηκαν ως ηλεκτρόδια σε εύκαμπτες διατάξεις οργανικών φωτοβολταϊκών, τα υμένια νανο-νημάτων αργύρου (Ag-Nws). Ειδικότερα έγινε αρχικά ο μορφολογικός χαρακτηρισμός των υμενίων αυτών, η μελέτη των ηλεκτρικών τους χαρακτηριστικών και η μελέτη του ποσοστού ημι-διαφάνειας που παρουσιάζουν, ενώ από την μελέτη της αλληλεπίδρασης τους με τα γειτονικά τους υμένια στις παραγόμενες δομές έγινε η βελτιστοποίηση των κρίσιμων παραγόντων ανάπτυξης του κάθε στρώματος. Απώτερος σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελλοντική παραγωγή ημι-διάφανων και εύκαμπτων φωτοβολταϊκών διατάξεων σε μεγάλη κλίμακα κάτι το οποίο σε συνδυασμό με τον κλάδο των Building integrated Photovoltaics (BIPV) αναμένεται να οδηγήσει στην χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας ολόκληρων οικοδομικών κτιρίων. Στο πρώτο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στην εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας στις μέρες μας καθώς και σε μερικές σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές οι οποίες στηρίζονται σε αυτήν. Έπειτα ακολουθεί η περιγραφή του κλάδου των building integrated PV, μια σύντομη παρουσίαση μερικών στατιστικών στοιχείων της αγοράς των BIPV καθώς και κάποια σύγχρονα τεχνολογικά επιτεύγματα. Στο δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις φωτοβολταϊκές διατάξεις και παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας ενός φωτοβολταϊκού κελιού καθώς και οι διάφορες γενιές φωτοβολταϊκών διατάξεων που υπάρχουν ως σήμερα. Έπειτα ακολουθεί η παρουσίαση υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώς ημι-διάφανα ηλεκτρόδια σε διάφορες διατάξεις, επικεντρώνοντας στα ημι-διάφανα ηλεκτρόδια νανο-νημάτων αργύρου. Στο τρίτο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά και ανάλυση των αρχών λειτουργίας των τεχνικών ανάπτυξης και χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήθηκαν. Στην συνέχεια στο Τέταρτο Κεφάλαιο ακολουθεί η παρουσίαση της διαδικασίας της παρασκευής των διαλυμάτων Ag-Nws, η εκτύπωση τους μέσω της διαδικασίας Slot-die καθώς και ο χαρακτηρισμός των υμενίων αυτών μέσω των τεχνικών AFM (για την μορφολογία τους), VDP και Eddy Current (για τα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά) και μέσω της φασματοσκοπίας διαπερατότητας για την μελέτη της διαφάνειας που αυτά παρουσιάζουν. Ακολουθεί το Πέμπτο Κεφάλαιο στο οποίο παρουσιάζεται Layer-by-Layer η αρχιτεκτονική της δομής OPV που αναπτύχθηκε καθώς και η λεπτομερή μελέτη των αλληλεπιδράσεων των υμενίων νανο-νημάτων αργύρου (λόγω της ιδιαίτερης μορφολογίας τους) με τα γειτονικά τους υμένια, μέσω των διάφορων τεχνικών χαρακτηρισμού. Στην συνέχεια γίνεται η βελτιστοποίηση των κρίσιμων παραγόντων ανάπτυξης του κάθε στρώματος, αυτήν την φορά με βάση την απόδοση των OPV κελιών. Ενώ τελειώνοντας ακολουθεί η Layer-by-Layer μελέτη της διαπερατότητας των υμενίων της αρχιτεκτονικής των OPV καθώς και της συνολικής διάταξης ενώ μελετήθηκαν επίσης πειραματικά δύο τρόποι με τους οποίους θα μπορούσε να αυξηθεί η διαφάνεια των διατάξεων OPV. Στο τελευταίο κομμάτι της εργασίας γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση των παραγόντων που εξετάστηκαν και παρουσιάζονται εν συντομία τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που προέκυψαν, κλείνοντας με τις παρατηρήσεις και τους προβληματισμούς που γεννήθηκαν κατά την εκπόνηση της εργασίας αυτής και τις προτάσεις για μελλοντική έρευνα
description: The present diploma thesis deals with the development and the characterization of silver nano-wires thin films as electrodes in flexible photovoltaic devices. By initially focusing on the morphological characterization of these films, the study of their electrical characteristics and their semi-transparency properties but also by studying the interactions with their adjacent thin films in the developed structures it became possible to optimize the critical development factors of each layer. The ultimate goal of this work is the future production of large-scale semi-transparent and flexible photovoltaic devices witch combined with the Building integrating Photovoltaic sector can lower the energy consumption of entire building blocks. In the first Chapter of this work there is an introduction regarding the exploitation of solar energy nowadays as well as some modern technological application based on it. Then follows the description of the integrated building PV sector, a brief presentation of some statistical information about the BIPV market, as well as some modern technological achievements. In the second Chapter there is an introduction regarding the PV technology and the presentation of the basic principles of operation of photovoltaic cell as well as the various generations of PV devices existing to date. Then follows the presentation of modern materials used as semi-transparent electrodes in various devices, focusing on the semi-transparent Silver Nano-wires electrodes. The third Chapter mainly describes the operating principles of the characterization techniques that were used. Chapter Four focuses on the Ag-Nws ink preparation and the thin film development through slot-die coating, but also on the thin film characterization via the AFM technique (for a thin film morphology study). Then follows the VDP and Eddy current characterization (for the electrical characteristics study) and the Transmittance Spectroscopy study in order to determine the semi-transparency of the thin films. The following Chapter 5 presents the Layer-by-Layer architecture of the developed OPV cells as well as the detailed study of the interactions of the silver nano-wires films (due to their particular morphology) with their adjacent films through various characterization techniques. Following, the optimization of the critical development factors of each layer, this time based on the efficiency performance of the OPVs. After that comes a Layer-by-Layer, study of the transmittance of each developed layer as well as the results presentation of two ways to increase the total transparency of the OPV devices. In the last part of this work, comes a brief review of this study and a presentation of the overall results and conclusions and some proposals for future research