Solution-Processed Transition Metal Oxides for Organic Solar Cells

Abstract

Las celdas solares orgánicas se han convertido en una promesa para la producción de energía a bajo costo, y su potencial se refleja en los enormes esfuerzos para mejorar su eficiencia. En los últimos 30 años, esta tecnología ha crecido enormemente, con prototipos de laboratorio mostrando eficiencia mayor que 10 % . El continuo desarrollo de polímeros semiconductores, materiales de amortiguamiento, y el conocimiento profundo sobre el intercambio electrónico en las interfaces, han sido las principales razones de este crecimiento. Sin embargo, la mejora de esta tecnología a estados de producción de bajo coste como tecnologías de impresión R2R es el objetivo, y el desarrollo de materiales de procesamiento de baja temperatura es el reto a superar. En este trabajo, se ha explorado en profundidad la aplicación de los óxidos de metales de transición como capas tampón electrónicos como TiO2 , ZnO como capas de transporte de electrones , y V2O5 , NiO como capas de transporte de huecos. También muestra el desarrollo de una tinta base agua con procesamiento a baja temperatura de V2O5 para aplicaciones R2R, así como la aplicación de película de NiO sinterizado a baja temperatura (350oC) y la caracterización mediante diferentes técnicas espectroscópicas. Además se muestran los estudios de estabilidad a largo plazo, como en interiores y al aire libre, la realización de estudios de degradación de los diferentes dispositivos desarrollados.

Organic Solar Cells (OSCs) have emerged as a promise for low cost energy production, and its potential is reflected in the huge efforts to improve their efficiencies. In the last 30 years, this technology has grown enormously; nowadays the state of the art is showing efficiencies higher than 10%. The continuous development of semiconducting polymers, buffer materials, and the depth knowledge about the electronic exchange at the interfaces, have been the principal reasons of this growing. Nevertheless, upgrading this technology to low cost production states like roll to roll printing technologies is the goal, and the development of low temperature processing materials is the challenge to overcome. In this work, it has explored in depth the application of Transition Metal Oxides (TMOs) as electronic buffer layers like TiO2, ZnO as electron transport layers, and V2O5, NiO as hole transport layers. Also shows the development of a water base low temperature solution-processed V2O5 ink for R2R applications, as well as the application of NiO film sintered at low temperature (350oC) and the characterization by distinct techniques. As well, the long-term stability studies, like indoor and outdoor; carrying out degradation studies for the different architecture devices tested.