Studies on organic solar cells based on small-molecules : tetraphenyldibenzoperiflanthene and fullerene C70

Abstract

This work deals with the research on organic solar cells based on small-molecules semiconductors. In particular, organic solar cells of this thesis have been used tetraphenyldibenzoperiflanthene as donor material and fullerene C70 as acceptor material. In the first part of this thesis, we focus on the influence of the density of states of the donor layer on the characteristic parameters of solar cells. Further, organic solar cells with p-i-n structure are presented, where the intrinsic layer is obtained by coevaporation of donor and acceptor. The influence of the thickness of the intrinsic layer on the p-i-n solar cell characteristic is analysed. In the second part, an equivalent circuit for organic solar cells is presented. A new term is added to the standard model representing recombination losses in the active layer of the device. The analysis of the characteristics of current - voltage measured at different illumination intensities allows the estimation of the term recombination. The model clearly separates technological issues (series and parallel resistance) from effects related to the physics of the device (recombination losses). It also allows obtaining an effective mobility-lifetime product in the active layer of the device to be determined, characterising its state of degradation.

En aquesta tesi s’investiguen cèl·lules solars orgàniques basades en semiconductors de petita molècula. En particular, les cèl·lules solars orgàniques d’aquesta tesi han emprat tetraphenyldibenzoperiflanthene com material donador i ful·lerè C70 com material acceptador. En la primera part d'aquesta tesi, ens centrem en la influència de la densitat d'estats de la capa donadora en els paràmetres característics de les cèl·lules solars. Més endavant, es presenten cèl·lules solars orgàniques amb una estructura p-i-n, on la capa intrínseca s'obté per l'evaporació conjunta del donador i l’acceptador. S'analitza la influència del gruix de la capa intrínseca de la cèl·lula solar p-i-n en la característica de la cèl·lula solar. En la segona part, es presenta un circuit equivalent per a les cèl·lules solars orgàniques. S'afegeix un nou terme en el model estàndard que representa les pèrdues de recombinació a la capa activa del dispositiu. L’anàlisi de les característiques de corrent-tensió mesurades a diferents intensitats de llum permeten l'estimació del terme de recombinació. El model separa clarament les qüestions tecnològiques (resistències en sèrie i en paral·lel) dels efectes relacionats amb la física del dispositiu (pèrdues de recombinació). També permet l’obtenció d’un producte de la mobilitat - temps de vida efectiu a la capa activa del dispositiu a ser determinat, la caracterització del seu estat de degradació.