Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός πολυμερών οργανικών φωτοβολταϊκών κυψελών με νανοσωματίδια Αργύρου από αποδόμηση με laser
Creators: name: Σκουλαριώτη, Ελένη Παρμενίωνα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: οργανικά φωτοβολταϊκά
νανοσωματίδια Αργύρου
αποδόμηση με laser
organic photovoltaics
silver nanoparticles
laser ablation

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την επίδραση της ενσωμάτωσης μεταλλικών πλασμονικών νανοσωματιδίων Αργύρου είτε εντός του φωτοενεργού στρώματος, είτε ανάμεσα στο στρώμα μεταφοράς οπών και το φωτοενεργό στρώμα ηλιακών κυψελών ετεροδομής όγκου πολυμερούς-φουλλερενίων στην απόδοση και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους. Τα νανοσωματίδια μεγέθους περίπου 100 nm παράχθηκαν με την τεχνική της Αποδόμησης με Laser ενός στόχου Αργύρου εντός Χλωροφορμίου με ή χωρίς Πολυβινυλοπυρρολιδόνη και υποστηρίζουν φαινόμενα Συντονισμού των Εντοπισμένων Πλασμονίων Επιφανείας. Πολυστρωματικές υβριδικές οργανικές ηλιακές κυψέλες λεπτών υμενίων με νανοσωματίδια Αργύρου αναπτύχθηκαν με υγρές τεχνικές περιλαμβάνοντας ως δότη ηλεκτρονίων το πολυμερές P3HT και ως δέκτη ηλεκτρονίων την οργανική ένωση μικρών μορίων PC60BM για το στρώμα απορρόφησης φωτός με αποτέλεσμα να επιτευχθεί βελτιωμένη απόδοση μετατροπής ισχύος κατά μέσο όρο 10% και ενισχυμένη πυκνότητα ρεύματος βραχυκύκλωσης κατά μέσο όρο 6% σε σχέση με τις ηλιακές κυψέλες αναφοράς στην περίπτωση που τα νανοσωματίδια Αργύρου βρίσκονται εντός του φωτοενεργού στρώματος, ενώ στην περίπτωση που βρίσκονται ανάμεσα στο στρώμα μεταφοράς οπών και το φωτοενεργό στρώμα παρατηρήθηκε μείωση της απόδοσης. Με τεχνικές χαρακτηρισμού διερευνήθηκαν η μεταβολή της επιφανειακής μορφολογίας του φωτοενεργού στρώματος λόγω της ενσωμάτωσης των νανοσωματιδίων Αργύρου με Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων (AFM), η στοιχειομετρική του σύσταση με Μικροανάλυση δια Σαρωτικής Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας (EDS SEM), η δομή του με Περιθλασιμετρία Ακτίνων Χ (XRD) και οι οπτικές του ιδιότητες με Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία (SE). Ως συμπέρασμα, η ενισχυμένη απόδοση αποδίδεται κυρίως στη βελτίωση της μορφολογίας του μίγματος πολυμερούς-φουλλερενίων λόγω της παρουσίας των νανοσωματιδίων του Αργύρου, ενώ φαινόμενα Εντοπισμένου Επιφανειακού Πλασμονικού Συντονισμού θεωρείται ότι έχουν αμελητέα επίδραση στην απορρόφηση του φωτοενεργού στρώματος.
description: The present diploma thesis demonstrates several effects that arise from the incorporation of metallic plasmonic Silver nanoparticles into the photoactive layer or between the hole transport layer and the photoactive layer of polymer-fullerene bulk heterojunction solar cells on their efficiency and electric characteristics. Nanoparticles with an approximate size of 100 nm were produced by Laser Ablation of a Silver target immersed in Chloroform with or without Polyvinylpyrrolidone and give rise to Localized Surface Plasmon Resonance effects (LSPR). Multilayered hybrid thin film organic solar cells with Silver nanoparticles were developed by liquid techniques comprised by the polymer P3HT as an electron donor and the small molecule organic compound PC60BM as an electron acceptor in the light absorption layer resulting in enhanced Power Conversion Efficiency in the order of 10% average and enhanced short circuit current density of 6% average as compared to the control solar cells in the case that Silver nanoparticles are placed into the photoactive layer. On the contrary, in the case that nanoparticles are placed between the hole transport layer and the photoactive layer a decrease of efficiency was observed. The surface morphology alteration of the photoactive layer due to Silver nanoparticles incorporation was investigated by means of Atomic Force Microscopy (AFM), whereas the elemental composition was uncovered by Scanning Electron Microscopy Microanalysis (EDS SEM). Furthermore, the structure of the photoactive layer was studied by X-Rays Diffractometry (XRD) and its optical properties by Spectroscopic Ellipsometry (SE). In conclude, the enhanced performance is found to originate mainly from improvement of the polymer-fullerene blend morphology due to the presence of Ag NPs, while Localized Surface Plasmon Resonance effects are found to have negligible effect on active layer absorption.