Resumen de Fabricación, caracterización y modelado circuital de células solares orgánicas de heterounión basadas en derivados del fulereno
Para la realización de esta tesis se ha procedido a la fabricación, caracterización electro-óptica y modelado circuital de células solares orgánicas. La capa activa de los dispositivos utilizados ha sido una mezcla de dos materiales, un material donor y otro aceptor. Para el material donor se han utilizado los polímeros P3HT y PCDTBT y la pequeña molécula DTS(FBTTb_2 )_2. Como aceptores se han empleado los derivados del fulereno PC_60BM y PC_70BM. La caracterización de los dispositivos se h realizado empleando medidas ópticas y eléctricas. Las medidas ópticas, principalmente absorción en el rango UV-visible, nos aportan información sobre el grado de ordenación de los materiales que forman la mezcla en la capa activa. Dentro de las medidas eléctricas, se han realizado medidas en corriente continua (DC) y en corriente alterna (AC). La principal medida en DC es la curva corriente-voltaje (I-V). A partir de las medidas bajo iluminación estándar AM 1.5 obtenemos la eficiencia de las células solares, así como parámetros característicos como son la corriente de cortocircuito, voltaje de circuito abierto y factor de forma. También se han realizado medidas en DC de eficiencia cuántica externa (EQE). Estas medidas nos proporcionan el valor de la eficiencia en función de la longitud de onda de la luz incidente. Las principales medidas en AC que se han realizado son medidas de espectroscopia de impedancia. Gracias a esas medidas obtenemos información acerca del comportamiento dinámico tanto de los materiales empleados en las células solares como de las intercaras entre las distintas capas. A partir de estas medidas podemos estimar el valor de la movilidad y del tiempo de vida de los portadores. Algunos de los dispositivos también han sido caracterizados como fotodetectores, caracterizándolos en términos de responsividad y ancho de banda. Finalmente se ha simulado el comportamiento de las células solares con circuitos eléctricos equivalentes. Las medidas en DC se han modelado con un circuito sencillo consistente en un diodo junto con resistencias parásitas y una fuente de corriente constante. El comportamiento anómalo encontrado en algunos dispositivos, conocido como forma en S, se ha modelado utilizando otro circuito más complejo basado en el circuito anterior pero añadiendo un segundo diodo de polarización inversa y otra resistencia paralela. El comportamiento en AC se ha simulado utilizando circuitos equivalentes de pequeña señal, con componentes que introducen dependencias temporales, como son los elementos de fase constante (CPE). El circuito más sencillo empleado para modelar la impedancia de las células solares consta de un CPE, una resistencia en paralelo (R- CPE) y otra en serie (R_s). También se han empleado modelos más complejos como el circuito de dos R-CPE en serie y el modelo de la línea de transmisión propuesto por Belmonte et al. [García-Belmonte el al. (2013)]
