Organic Photovoltaics: cell processing, device physics and electrical characterization

Abstract

Esta tesis tiene como objetivo el estudio de las células solares basadas en materiales orgánicos, lo que nos permitirá tanto acceder a un conocimiento exhaustivo de sus mecanismos de operación como señalar posibles mejoras para el funcionamiento de estos dispositivos. Para ello exploraremos su procesado, la caracterización eléctrica y, especialmente, el modelaje físico de las células de heterounión masiva. La capa activa de éstas está formada por una mezcla de material donador (normalmente un polímero como el P3HT i el PPV) que recolecta la luz, y material aceptor (de forma habitual un derivado del fullereno); siendo en la interface de estos dos materiales se produce la separación de cargas que origina el fotón absorbido. Con electrón y hueco en medios distintos, podemos extraerlos transportándolos hasta sus respectivos contactos. Para entender que provoca estos procesos partimos del confinamiento del campo eléctrico debido al dopaje. Existen distintas evidencias que apuntan a que el polímero que forma la capa activa tiene, debido a la humedad, oxígeno y defectos estructurales derivados del procesado, un dopaje que forma una zona de carga descubierta. Con esto la recombinación se convierte en el mecanismo principal de pérdida energética, determinando la curva de corriente-voltaje, fill factor y, junto a la distribución de estados del material aceptor, el potencial a circuito abierto.