Organic and hybrid optoelectronic devices: understanding key loss mechanisms.

Abstract

This thesis sets to understand key limiting steps in organic solar cells (OSCs) and hybrid organic-inorganic light-emitting diodes (HyLEDs) and to provide routes to more environmentally friendly and lower cost devices. As well as studying organic optoelectronic devices, hybrid organic-inorganic approaches are also explored from both a fundamental point of view (quantum dot/organic solar cells) to a more technological one (air-stable, low cost light emitting diodes). The origin of the opencircuit voltage in bilayer solar cells is studied using transient optoelectronic techniques to probe the charge distribution in the active layer and the lifetime of charge carriers under working conditions. Furthermore, these techniques are applied to hybrid quantum dot/organic bilayer solar cells and provide a quantitative analysis of the non-geminate recombination in the device and its influence on the open-circuit voltage. The thesis also explores the use of water-soluble donors for OSCs and led to first true water-soluble donor.

Este trabajo de tesis proporciona las bases para el análisis detallado de los pasos limitantes del funcionamiento de celdas solares orgánicas (OSCs) y de los lightemitting diodos híbridos orgánico-inorgánicos (HyLED); además de procurar las rutas para la preparación de nuevos tipos de dispositivos económicos y seguros para el medio ambiente. El origen del voltaje de circuito abierto en celdas solares de doble capa ha sido estudiado mediante técnicas de optoelectrónica transientes para investigar la distribución de cargas en el estado activo y los tiempos de vida de las cargas bajo las condiciones de trabajo. Además, estas técnicas han sido aplicadas a celdas solares híbridas quantum dots/doble capa orgánica consiguiendo un análisis cuantitativo de la recombinación no-geminial en el dispositivo y su influencia sobre el voltaje de circuito abierto. La tesis también explora el uso de donantes solubles en agua para OSCs y llevó al primer verdadero donante soluble en agua.