Novel Strategies to Improve the Efficiency and Stability of Binary-Based Organic Photovoltaic Devices

Abstract

The power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells (OPVs) has been promptly improved once emerging the recently developed non-fullerene small-molecules acceptors (NFAs), approaching PCE of 20%. This remarkable increase in the power conversion efficiencies was due to the significant enhancement in the light absorption along with diminishing the energy losses, particularly upon minimizing the trade-off behavior between voltage loss and charge generation in nonfullerene organic solar cells (NF–OPVs). Despite the efficiency, long-term operational stability, is considered as a major challenging issue that must be confronted for the commercialization of OPVs. Several strategies have been investigated to understand the intrinsic photo-degradation mechanism in order to overcome this recent demanding subject. Some of these avenues concern the stability of the bulk-heterojunction photoactive blend microstructure through additives modifications to tune the properties of the photo-active layer.In this thesis, we combined the interfacial engineering, morphology control, and third component strategies to improve the OPV devices performance and stability. First, we conducted an intermittent spray pyrolysis approach to deposit the ZnO interfacial layers in fullerene based inverted OPVs. It significantly enhanced the interface morphology, resulting in remarkable stability behaviour of the sprayed devices. Then, we focused on optimizing the blend morphology based on the NFOPV devices through additives and thermal treatment

La eficiencia de conversión de energía (PCE) de las células solares orgánicas (OPVs) se ha mejorado rápidamente una vez que Recientemente se desarrollaron aceptores de moléculas pequeñas no completas (NFAs), acercándose a PCE del 20%. Este notable aumento de la eficiencia de la conversión de energía se debió a la mejora significativa en la absorción de luz junto con disminuir las pérdidas de energía, particularmente al minimizar el comportamiento de compensación entre la pérdida de voltaje y la carga generación en células solares orgánicas no fullerenos (NF-OPVs). A pesar de la eficiencia, la estabilidad operativa a largo plazo, es considerado como un gran desafío que debe ser enfrentado para la comercialización de los VP. Varios se han investigado estrategias para comprender el mecanismo intrínseco de fotodegradación a fin de superar este tema exigente reciente. Algunas de estas avenidas se refieren a la estabilidad de la mezcla fotoactiva microestructura a través de modificaciones de aditivos para ajustar las propiedades de la capa fotoactiva. En esta tesis, nos combinando la ingeniería interfacial, control de morfología y estrategias de terceros componentes para mejorar los dispositivos OPV rendimiento y estabilidad. En primer lugar, realizamos un enfoque de pirólisis de pulverización intermitente para depositar el ZnO interfacial VP invertidos. Mejoró significativamente la morfología de la interfaz, resultando en notables comportamiento de estabilidad de los dispositivos rociados. Luego, nos centramos en optimizar la morfología de la mezcla basada en el NFOPV dispositivos mediante aditivos y tratamiento térmico

L'eficiència de conversió d'energia (PCE) de les cèl·lules solars orgàniques (*OPVs) s'ha millorat ràpidament una vegada que Recentment es van desenvolupar acceptors de molècules petites no completes (*NFAs), acostant-se a PCE del 20%. Aquest notable augment de l'eficiència de la conversió d'energia es va deure a la millora significativa en l'absorció de llum juntament amb disminuir les pèrdues d'energia, particularment en minimitzar el comportament de compensació entre la pèrdua de voltatge i la carrega generació en cèl·lules solars orgàniques no *fullerenos (*NF-*OPVs). Malgrat l'eficiència, l'estabilitat operativa a llarg termini, és considerat com un gran desafiament que ha de ser enfrontat per a la comercialització dels *VP. Diversos s'han investigat estratègies per a comprendre el mecanisme intrínsec de *fotodegradación a fi de superar aquest tema exigent recent. Algunes d'aquestes avingudes es refereixen a l'estabilitat de la mescla *fotoactiva microestructura a través de modificacions d'additius per a ajustar les propietats de la capa *fotoactiva. En aquesta tesi, ens combinant l'enginyeria interfacial, control de morfologia i estratègies de tercers components per a millorar els dispositius *OPV rendiment i estabilitat. En primer lloc, realitzem un enfocament de piròlisi de polvorització intermitent per a dipositar el *ZnO interfacial *VP invertits. Va millorar significativament la morfologia de la interfície, resultant en notables comportament d'estabilitat dels dispositius ruixats. Després, ens centrem en optimitzar la morfologia de la mescla basada en el *NFOPV dispositius mitjançant additius i tractament tèrmic