Φωτοβολταϊκές διατάξεις και συσκευές με χρήση πολυμερικών υλικών και στρώσεων γραφενίου

• Κύριος συγγραφέας: Πατεράκης, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Γαλίωτης, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Οργανικά φωτοβολταϊκά; Γραφένιο; Organic photovoltaics; Graphene; 621.381 542

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Σύνθετων και Νανοδομημένων Υλικών (CNML) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας στο Ινστιτούτο Επιστήμων Χημικής Μηχανικής ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ στην Πάτρα. Η βασική ιδέα για την πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν η δημιουργία οργανικών φωτοβολταϊκών με την ενσωμάτωση στρώσεων γραφενίου, στα διάφορα επίπεδα των διατάξεων αυτών. Στα πλαίσια αυτά δοκιμάστηκαν γραφενικά υλικά που παρασκευάστηκαν με διαφορετικό τρόπο. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά διεσπαρμένης ετεροεπαφής (bulk heterojunction, BHJ) έχουν μελετηθεί διεξοδικά τα τελευταία χρόνια. Εκτός από το ενεργό στρώμα, που αποτελεί την βάση για την λειτουργικότητα των διατάξεων αυτών, τόσο τα ηλεκτρόδια όσο και τα στρώματα μεταφοράς ηλεκτρονίων και οπών κατέχουν σημαίνοντα ρόλο στην λειτουργικότητα τους. Το PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς ως στρώμα μεταφοράς οπών στα BHJ οργανικά φωτοβολταϊκά, ωστόσο η μη σταθερή ηλεκτρική αγωγιμότητα και η εγγενής όξινη φύση του περιορίζουν την απόδοση των διατάξεων. Ως εναλλακτικό πολλές ομάδες έχουν χρησιμοποιήσει είτε ανόργανους ημιαγωγούς p-τύπου όπως τα MO3, NiO, V2O5, είτε γραφενικού τύπου υλικά, όπως το οξείδιο του γραφενίου (GO) και το αναγμένο οξείδιο του γραφενίου (rGO), με καλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Σε αυτή την εργασία, έγινε μια μελέτη για την αντικατάσταση του PEDOT:PSS, με την χρήση γραφενικού τύπου υλικών. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκαν διαφορετικού τύπου γραφενικά υλικά, μεταξύ των οποίων GOs με διαφορετικό μέγεθος και βαθμό οξείδωσης και θερμικά τροποποιημένα GOs σε διάφορες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Από την άλλη, η χρήση του ΙΤΟ ως ηλεκτρόδιο ανόδου, εισάγει προβλήματα κυρίως λόγω του κόστους και την ψαθυρότητά του. Εδώ, δοκιμάστηκαν άλλου τύπου ηλεκτρόδια, βασισμένα σε γραφενικά υλικά. Για την αντικατάσταση αυτή, χρησιμοποιήθηκαν είτε CVD γραφένιο, σε δομή πολλαπλών στρώσεων, είτε χημικά και θερμικά αναγμένα υμένια GO. Εκτός από την χρήση γραφενικού τύπου υλικών σε διάφορα στρώματα των διατάξεων, εξετάστηκε επίσης και η αντικατάσταση των υλικών της ενεργού περιοχής με άλλα αντίστοιχων ιδιοτήτων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν τόσο η χρήση άλλων συζυγιακών πολυμερών ως δότες, όπου τα χαρακτηριστικά τους συγκρίθηκαν με αυτά του P3HT, ενώ έγινε μια προσπάθεια για την εφαρμογή άλλων χημικά τροποποιημένων φουλερενίων εκτός του PCBM.