Polymer materials for roll coated solar cells: strategies tom improve performance and stability

摘要

Solcellerne har et stort potentiale blandt de vedvarende energiteknologier. Solceller baseret på konjugerede polymerer tilhører tredje generations solcelleteknologi. Denne teknologis attraktive egenskab omfatter en hurtig og billig produktion gennem rulle‐til‐rulle forarbejdning af polymeropløsinger. På DTU Energi er en stor del af fokus især på rulle‐til‐rulle fremstillede polymersolceller for at opnå produktionen i stor skala, og her er procceseringen med rulle‐til‐rulle fremstillingsteknikken og stabiliteten af de anvendtematerialer af afgørende betydning. Derfor er dette projekt fokuseret på syntesen af konjugerede polymere og deres anvendelse i rulle‐til‐rulle fremstillede polymersolceller. I første del af projektet var formålet at finde effektive organiske solceller, som er baseret på egnede polymererkandidater. Et stort antal polymerer blev screenet ved at anvende dem i rulle‐coatede solceller og sammenligner deres effektivitet, stabilitet og antal af syntese trin for at finde egnede kandidater. Til sidst blev der fundet syv polymerer, som virkede bedre end eller på tilsvarende måde som poly(3‐hexylthiophen). Yderligere polymerer blev fremstillet med udgangspunkt i velfungerende benzothiadiazol‐thiophenpolymerer med forskellige forhold mellem disse monomerer. Bladningsforholdet indvirkede på polymerernes egenskaber og på effektiviteten og stabiliteten i de tilsvarende rullefremstillede solceller. Den bedste effektivitet blev opnået for en polymer med fire thiophener i gentagelsesenheden. Formålet med anden del af projektet var at anvende en kendt strategi til forbedring af solcellestabilitet. Tre af polymererne fra polymerscreeningen blev derfor delvis modificeret med stabiliserende sidekæder, henholdsvis 2‐phenetyl og 2‐ethanol. Modificering skulle forbedre især solcellestabilitet, men også effektiviteten. For de fleste modificerede polymerer blev der observeret et fald i solcelleeffektiviteten. Anvendelsen af 10% af de nye sidekæder viser forbedringer af solcellestabiliteten inklusiv en variation i den foto‐ og termiske stabilitet. Desuden blev virkningen af forskellige positioner af én sidekæde undersøgt. Resultaterne viser, at sidekæden på acceptor‐ eller donorenheden af polymeren bevirker en nedbrydning eller forbedring af de resulterende egenskaber. Til sidst blev anvendelsen af forskellige kløvbare sidekæder på polythiophen sammenlignet med hensyn til optiske egenskaber og morfologier af to polymerer med forskellige (termisk eller sure) spaltningsprocesser.