Nanostructurering, stabiliteit van morfologie en mechanisme van ladingsoverdracht bij geconjugeerd polymeer/fullereen mengsels voor organische fotovoltaïsche cellen. Experimentele en theoretische studie.

Projectdetails

!!Description

Dit project beoogt een bijdrage te leveren tot de fundamentele inzichten in de mechanismen en criteria die de efficiëntie en stabiliteit beïnvloeden van 'exciton' zonnecellen, gebaseerd op het 'bulk heterojunction' concept. In dit type fotovoltaïsche cellen moeten foto-geïnduceerde excitons (gat-electron paren), die ontstaan in een donorfase van een fasegescheiden systeem, diffunderen naar de (nano-)interfase tussen donor- en acceptorfase, waar ze moeten dissociëren om vrije ladingsdragers te creëren met voldoende hoge mobiliteit. Dit vereist een snel electron transport naar de acceptorfase via een geëxciteerd complex of 'exciplex'. De efficiëntie van het systeem zal uiteraard bepaald worden door een geschikte keuze van donor (geconjugeerd polymeer, bv. P3HT of MDMO-PPV), acceptor (fullereenderivaat, bv. PCBM) en de gevormde nanomorfologie, om een optimale ladingsoverdracht aan het uitwisselingsoppervlak van de nanogestructureerde interfase via het exciplex intermediair mogelijk te maken. Fotovoltaïsche cellen zoals hierboven beschreven bieden een potentieel technologisch alternatief voor anorganische cellen om efficiënt en kost-effectief zonne-energie te converteren in elektrische energie.



Concreet zal het onderzoek uit twee luiken bestaan. Enerzijds omvat het project een experimentele studie van het fasegedrag voor mengsels van halfgeleidende, geconjugeerde polymeren met fullereenderivativen, uitgevoerd in de onderzoeksgroep Fysische Scheikunde en Polymeren (FYSC). Het creëren en stabiliseren van een nanogestructureerde, co-continue morfologie van donor en acceptor is essentieel voor een stabiele, efficiënte werking van zonnecellen op basis van deze dunne, organische lagen. Het fase- en kristallisatiegedrag én de positie van de glasovergang(en) van de geselecteerde systemen zullen in een zo breed mogelijk concentratieregime bestudeerd worden met gevorderde thermische analysetechnieken zoals gemoduleerde temperatuur DSC, 'Rapid-scanning DSC' en chip calorimetrie, maar ook oppervlakte analysetechnieken zoals AFM en nanothermische analyse. Anderzijds zal theoretisch de ladingsoverdracht aan de interfase tussen het door licht geëxciteerd polymeer en het fullereenderivaat via een 'exciplex' bestudeerd worden via time-dependent DFT in de onderzoeksgroep Algemene Chemie (ALGC), met als eerste doel om na te gaan of efficiënte ladingsoverdracht kan plaats vinden in de experimenteel bestudeerde systemen. Vervolgens zal de analyse van de ladingsoverdracht-mechanismen toelaten te achterhalen welke karakteristieken van het polymeer en het fullereenderivaat belangrijk zijn bij een succesvolle ladingsscheiding. Deze geconcerteerde onderzoeksstrategie beoogt een fundamenteler inzicht in de essentiële 'synthese-structuur-verwerking-eigenschap' relaties van deze systemen.

AcroniemFWOTM520
StatusGeëindigd
Effectieve start/einddatum1/10/0930/09/13

Flemish discipline codes

  • (Bio)chemical engineering
  • Physical sciences
  • Other engineering and technology
  • Chemical sciences
  • Materials engineering