Towards industrial viability of organic solar cells: ITO-free, green solvents and technological aspects for upscalability

Des de la seva aparició com a alternativa per la conversió d'energia fotovoltaica, el camp de les cel·les solars orgàniques ha experimentat un progrés significatiu, especialment en els darrers 15 anys. El gran interès en la tecnologia fotovoltaica orgànica (OPV, per les sigles en anglès) es deu principalment al seu potencial baix cost. Rellevants avenços científics han empès les eficiències de conversió energètica fins al 12%, fet que encoratja a acostar les OPV al mercat. Tanmateix, altres aspectes decisius per la seva industrialització han estat menys atesos. Aquesta tesi tracta tres qüestions clau que la tecnologia OPV ha d'afrontar per tal d'assolir una transferència fiable del laboratori a la industria. En primer lloc, es necessiten estratègies pel processat i post-processat a gran escala, idealment amb un cost reduït. En aquest treball es presenta una amplia investigació en inkjet printing. És necessari tenir un profund coneixement d'aquesta tècnica compatible amb roll-to-roll per tal d'assolir morfologies de capa adequades. S'ha trobat que la cinètica d'assecat de les capes és especialment crítica. En relació a això, s'ha desenvolupat un nou mètode per determinar patrons d'impressió apropiats per la deposició de la capa activa. A més, s'ha demostrat l'ús d'un tractament alternatiu anomenat vapour printing en dispositius OPV. Utilitzant aquest mètode amb vapor de dissolvent adequat, el tractament de la capa activa es pot assolir en temps molt més curts en comparació a altres tècniques. Un altre aspecte que ha estat poc atès està relacionat amb els dissolvents utilitzats pel processat dels OPV, especialment per la deposició de la capa activa. Típicament s'utilitzen dissolvents halogenats, com el clorbenzè o el diclorbenzè, essent alguns d'ells prohibits per aplicacions industrials. Substituir-los per formulacions verdes és, per tant, una necessitat primordial. Per tal de trobar sistemes aptes de dissolvents verds, s'ha utilitzat un mètode basat en la solubilitat. Aquest mètode, prèviament demostrat per cel·les solars polimèriques, s'estén de manera satisfactòria en aquesta tesi en dispositius basats en petita molècula. També s'aporten nous coneixements sobre la precisió del mètode. L'oxid d'indi i estany (ITO, per les seves sigles en anglès), freqüentment utilitzat com a elèctrode conductor transparent, contribueix de manera important en el cost d'un mòdul OPV. Altres raons per reemplaçar aquest component inclouen la seva modesta flexibilitat i conductivitat, el que pot limitar l'extracció de corrent elèctric en dispositius de gran àrea. Una possible alternativa són les xarxes metàl·liques combinades amb una capa transparent semiconductora. Tot i resoldre l'aspecte de la conductivitat, altres factors limiten encara l'extracció de corrent. El nou mètode utilitzat en aquest treball per preparar aquestes estructures venç aquests factors. Es demostren dispositius eficients lliures de ITO.