JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Orgaanisten aurinkokennojen noin kolmenkymmenen vuoden taival on nähnyt suurta kehitystä ensimmäisten kennojen 1 % hyötysuhteista päätyen lopulta jopa yli 12 % yltäviin hyötysuhteisiin. Hyötysuhdetutkimus painottui pitkän aikaa lähinnä donoripolymeerien optimointiin käyttäen PCBM-fullereenia eräänlaisena standardiakseptorina sen hyvien varauksenkuljetusominaisuuksiensa takia. Näyttäisi kuitenkin siltä, että fullereeni on pitkälti saavuttanut huippunsa orgaanisten aurinkokennojen kehitystaivalen varrella ja tutkimussuunta on alkanut kääntyä kohti vaihtoehtoisia akseptorimateriaaleja. Fullereenin ongelmina ovat sen tuotantoprosessista johtuva kallis hinta, stabiilisuusongelmat ja toisaalta myös huonosti säädettävissä olevat absorptio-ominaisuudet vaihtoehtoisiin materiaaleihin verrattuna.

Polymeeriakseptorien ohella yhtenä vaihtoehtona fullereenille on alettu tutkia pienimolekyylisiä akseptoreita niiden helpon muokattavuuden ja polymeereihin verrattuna tasalaatuisen tuotantoprosessin takia. Tämän kirjallisuustutkielman painopisteenä toimivat push-pull-tyyppiset pienmolekyyliakseptorit niiden erittäin lupaavaksi osoittautuneen kehityssuunnan takia. Esimerkiksi ITIC-niminen molekyyli on tuottanut hyvää tulosta ja C71-fullereenia hipovan hyötysuhteen heti kättelyssä. Lisäksi kyseinen materiaali inspiroi muita vastaavanlaisia akseptoreita ja tämän tutkielman kirjoittamisen aikana fullereenittomilla akseptoreilla saavutetut hyötysuhteet ovat nousseet jopa 18 %:iin huolellisen molekyylisuunnittelun ja aktiivikerroksen hienorakennevuorovaikutusten optimoinnin tuloksena. Vaikka painopiste tutkielmassa on lähinnä korkeiden hyötysuhteiden tavoittelussa, on huomiota kiinnitetty myös erilaisiin prosessointimenetelmiin ja niissä käytettyihin liuottimiin ja lisäaineisiin, jotka luovat omanlaisiaan haasteita edettäessä kohti kennojen kaupallistamista ja laajamittaisempaa teollista tuotantoa.