Process-structure relationships for solution-processed organic photovoltaics

溶液加工有机光伏电池的工艺结构关系

基本信息

项目摘要

Organic photovoltaics is a promising thin-film solar cell technology that could have a significant impact on the photovoltaics market in the near future. One important advantage when using organic materials is the solution-based fabrication process allowing low-cost and fast production as well as new applications including flexible and semi-transparent solar cells. However, improvement of the efficiency and stability in parallel still remains a major challenge, especially for large-area solar cells. Organic bulk-heterojunction active layers form sophisticated structures during the drying of the wetdeposited solution, because of complex physical processes such as crystallization and/or phase separation. This structure highly impacts the photovoltaic performance. In order to reach significant improvements, a better understanding of the physics driving the active layer formation is strongly needed. We propose to build a simulation framework based on continuum mechanics taking into account all physical processes involved (evaporation, crystal nucleation and growth, phase separation, hydrodynamic coarsening, viscosity increase) to determine the dry film structure. Simulations will then be performed for real photovoltaic systems, whereby the input parameters will be obtained by careful measurements on the corresponding raw materials. The simulation results will be compared with in-situ experimental characterization on the drying structure as well as with measurements on the dry film. The objective of the project is to finally use the validated simulation tool to elucidate physics-based design rules for ink formulation and process parameters in order to gain a better control on the photoactive layer structure.
有机光致发光是一种很有前途的薄膜太阳能电池技术,在不久的将来可能会对光致发光市场产生重大影响。使用有机材料的一个重要优势是基于溶液的制造工艺,允许低成本和快速生产以及包括柔性和半透明太阳能电池在内的新应用。然而,并联效率和稳定性的提高仍然是一个主要的挑战,特别是对于大面积太阳能电池。有机本体异质结活性层在湿沉积溶液的干燥期间形成复杂的结构,因为复杂的物理过程,例如结晶和/或相分离。这种结构高度影响光伏性能。为了达到显着的改善,更好地理解驱动有源层形成的物理是非常必要的。我们建议建立一个基于连续介质力学的模拟框架,考虑到所有涉及的物理过程(蒸发,晶体成核和生长,相分离,流体动力学粗化,粘度增加),以确定干膜结构。然后将对真实的光伏系统进行模拟,从而通过对相应原材料的仔细测量来获得输入参数。模拟结果将进行比较,在现场的实验表征的干燥结构,以及与干膜上的测量。该项目的目标是最终使用经过验证的模拟工具来阐明油墨配方和工艺参数的物理设计规则,以便更好地控制光敏层结构。

项目成果

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