1,721,001 research outputs found
On the role of molecular weight and homocoupling defects in organic solar cells
No full textHet toenemende energieverbruik, de systematische groei van de wereldbevolking
en de opwarming van de aarde maken de dringende overstap naar duurzame en
hernieuwbare energie noodzakelijk. Organische zonnecellen kunnen een bijdrage
leveren aan deze nood aangezien ze complementair zijn aan bestaande
fotovoltaïsche technologieën vanwege hun aantrekkelijke productiemethode (zeer
hoge productiesnelheden met een laag thermisch budget, printbaar), esthetische
eigenschappen, gering gewicht, depositie op flexibele substraten en goede
prestaties onder diffuus licht wegens de intrinsiek hoge absorptiecoëfficiënten.
Gedurende de afgelopen jaren is de efficiëntie van organische zonnecellen sterk
toegenomen en studies van systemen met meer dan 10% efficiëntie verschijnen
nu op regelmatige basis. Om organische zonnecellen echter succesvol te
integreren in de hedendaagse markt, moeten drie belangrijke thema’s verder
aangepakt worden: de efficiëntie, de levensduur en de productiemethode.
De verhoogde efficiënties komen voort uit de ontwikkeling van nieuwe types
actieve organische materialen, push-pull geconjugeerde polymeren of analoge
kleinere moleculen, waardoor een lagere bandgap bekomen kan worden en de
zonnecel meer stroom kan genereren. In een push-pull systeem worden
elektronenarme (acceptor) en elektronenrijke (donor) groepen alternerend aan
elkaar gekoppeld.
De reproduceerbaarheid van de hoge efficiënties vormt momenteel een groot
probleem in de wereld van de printbare organische zonnecellen. Dit werk
behandelt reproduceerbaarheidsproblemen die verzoorzaakt worden door
“intrinsieke” materiaalparameters, namelijk het moleculair gewicht van een
geconjugeerd polymeer en homogekoppelde defecten. Door een diepgaander
inzicht te verwerven in deze parameters kunnen we niet alleen de
productiemethodes verbeteren, maar finaal ook de efficiëntie en levensduur.
Deze thesis bestudeert het effect van moleculair gewicht op de fotovoltaïsche
eigenschappen van polymere zonnecellen gebaseerd op semi-kristallijne (P3HT)
en aggregerende polymeren (PTB7). Vijf P3HT-fracties, waarvan het getalgemiddeld moleculair gewicht (Mn)
gevarieerd werd, zijn bekomen via preparatieve gel permeatie chromatografie
vanuit één masterbatch en onderzocht met behulp van verschillende
microscopische en geavanceerde elektro-optische methodes. Belangrijk om op te
merken is dat de regioregulariteit en polydispersiteit constant gehouden werden
om het effect van Mn op de fotovoltaïsche parameters te kunnen isoleren. Het
kristallijne karakter van de microstructuur van het polymeer wordt sterk
beïnvloed door de Mn te variëren. Zo is er een roodverschuiving zichtbaar van de
charge transfer energie (ECT) met afnemende Mn, wat zorgt voor een afname van
de openklemspanning VOC. De verhoging van de kristallijne fractie in de
microstructuur resulteert in een toename van de lichtabsorptie, waardoor de
kortsluitstroom toeneemt, ondanks een afname van de ladingsmobiliteit. De
optimale Mn voor het bestudeerde P3HT:PCBM systeem inzake fotovoltaïsche
performantie ligt rond de 26 kg mol
-1. Het is daarom zeer belangrijk om rekening
te houden met Mn bij het synthetiseren van semi-kristallijne materialen.
Ook voor aggrerende (push-pull) polymeren, die een veel minder uitgesproken
kristallijne microstructuur vormen, is er een directe link tussen de fotovoltaïsche
parameters en Mn. Dit werd aangetoond door vijf commercieel verkregen fracties
van PTB7 te onderzoeken. De efficiënties van deze vijf batches varieerden
significant (2.7-7%). Indien Mn > 140 kg mol-1 werd een hoge efficiëntie bekomen.
Bovendien vertoonden de stalen met lage Mn een bimodaal karakter. Via
massaspectrometrie (MALDI-TOF) was het mogelijk om de chemische structuur
van de componenten te achterhalen die zich in de bimodale polymeerdistributie
bevinden. Er bleek een grote hoeveelheid en variatie aan homogekoppelde
defecten aanwezig te zijn. De aanwezigheid van homogekoppelde moleculen
vertaalt zich rechtstreeks in de elektrische en optische eigenschappen die op hun
beurt de fotovoltaïsche parameters sterk beïnvloeden. Ook hier werd een invloed
op de microstructuur vastgesteld, maar het is moeilijk om het effect van
homogekoppelde defecten en moleculair gewicht in een polymeer los te koppelen.
De aanwezigheid van homogekoppelde defecten kan ook een indicatie zijn dat het
vooropgestelde moleculair gewicht per definitie niet kan behaald worden.
De homogekoppelde defecten komen niet alleen voor in push-pull polymeren,
maar ook in kleinere push-pull moleculen, wat het belang om homogekoppelde defecten te bestuderen enkel vergroot. Zo lijkt het effect van homogekoppelde
defecten nog groter te zijn in systemen met kleine moleculen. Bovendien is het
zuiveren van kleine moleculen niet altijd triviaal (zoals vaak wordt beweerd).
Om het effect van homokoppelingen te isoleren van eender welk moleculaire
gewichtseffect, is een systematische studie uitgevoerd op een populair klein
molecule (DTS(FBTTh2)2). Lage concentraties van homokoppelingen zijn al
voldoende om significante verlagingen in de efficiëntie te veroorzaken,
gekenmerkt door een verlaging in geleverde kortsluitstroom, fill factor en VOC. De
aanwezigheid van homogekoppelde nevenproducten resulteert in een systeem dat
meerdere chemische structuren bevat, wat zich uiteindelijk vertaalt naar een nietoptimale morfologie op verschillende schalen, die nefast is voor de optimale
performantie. Zo bezitten homokoppelingen andere energetische niveaus en
bandgaps. Homokoppeling van de elektronrijkere bouwsteen (donor-donor) leidt
tot een verhoging van het energieniveau van de hoogst opgevulde moleculaire
orbitaal (HOMO), waardoor de VOC afneemt.
Algemeen kan verondersteld worden dat homokoppelingen een significant
probleem vormen in push-pull systemen voor zowel polymeren als kleine
moleculen en een bijdrage leveren aan de bestaande batch-to-batch variaties. Dit
type van nevenproducten zou dan ook te allen tijde vermeden moeten worden.
De beste strategie vertrekt vanuit het synthesestandpunt, nl. optimale
syntheseprocedures, bv. katalysatoren en reactietemperaturen waarbij geen
homokoppelingen gevormd worden. Opzuivering via gel permeatie
chromatografie na de synthese zou een optie op laboschaal kunnen zijn, althans
voor kleine moleculen, maar het is niet mogelijk om deze methode te vertalen
naar industriële opschaling.
Hoewel deze thesis zich richt op organische zonnecellen is het zeer waarschijnlijk
dat homogekoppelde defecten ook een belangrijke rol spelen bij andere
toepassingen waarin push-pull materialen gebruikt worden, zoals organische
transistoren, fotodetectoren en bio-imaging
On the role of molecular weight and homocoupling defects in organic solar cells
No full textHet toenemende energieverbruik, de systematische groei van de wereldbevolking
en de opwarming van de aarde maken de dringende overstap naar duurzame en
hernieuwbare energie noodzakelijk. Organische zonnecellen kunnen een bijdrage
leveren aan deze nood aangezien ze complementair zijn aan bestaande
fotovoltaïsche technologieën vanwege hun aantrekkelijke productiemethode (zeer
hoge productiesnelheden met een laag thermisch budget, printbaar), esthetische
eigenschappen, gering gewicht, depositie op flexibele substraten en goede
prestaties onder diffuus licht wegens de intrinsiek hoge absorptiecoëfficiënten.
Gedurende de afgelopen jaren is de efficiëntie van organische zonnecellen sterk
toegenomen en studies van systemen met meer dan 10% efficiëntie verschijnen
nu op regelmatige basis. Om organische zonnecellen echter succesvol te
integreren in de hedendaagse markt, moeten drie belangrijke thema’s verder
aangepakt worden: de efficiëntie, de levensduur en de productiemethode.
De verhoogde efficiënties komen voort uit de ontwikkeling van nieuwe types
actieve organische materialen, push-pull geconjugeerde polymeren of analoge
kleinere moleculen, waardoor een lagere bandgap bekomen kan worden en de
zonnecel meer stroom kan genereren. In een push-pull systeem worden
elektronenarme (acceptor) en elektronenrijke (donor) groepen alternerend aan
elkaar gekoppeld.
De reproduceerbaarheid van de hoge efficiënties vormt momenteel een groot
probleem in de wereld van de printbare organische zonnecellen. Dit werk
behandelt reproduceerbaarheidsproblemen die verzoorzaakt worden door
“intrinsieke” materiaalparameters, namelijk het moleculair gewicht van een
geconjugeerd polymeer en homogekoppelde defecten. Door een diepgaander
inzicht te verwerven in deze parameters kunnen we niet alleen de
productiemethodes verbeteren, maar finaal ook de efficiëntie en levensduur.
Deze thesis bestudeert het effect van moleculair gewicht op de fotovoltaïsche
eigenschappen van polymere zonnecellen gebaseerd op semi-kristallijne (P3HT)
en aggregerende polymeren (PTB7). Vijf P3HT-fracties, waarvan het getalgemiddeld moleculair gewicht (Mn)
gevarieerd werd, zijn bekomen via preparatieve gel permeatie chromatografie
vanuit één masterbatch en onderzocht met behulp van verschillende
microscopische en geavanceerde elektro-optische methodes. Belangrijk om op te
merken is dat de regioregulariteit en polydispersiteit constant gehouden werden
om het effect van Mn op de fotovoltaïsche parameters te kunnen isoleren. Het
kristallijne karakter van de microstructuur van het polymeer wordt sterk
beïnvloed door de Mn te variëren. Zo is er een roodverschuiving zichtbaar van de
charge transfer energie (ECT) met afnemende Mn, wat zorgt voor een afname van
de openklemspanning VOC. De verhoging van de kristallijne fractie in de
microstructuur resulteert in een toename van de lichtabsorptie, waardoor de
kortsluitstroom toeneemt, ondanks een afname van de ladingsmobiliteit. De
optimale Mn voor het bestudeerde P3HT:PCBM systeem inzake fotovoltaïsche
performantie ligt rond de 26 kg mol
-1. Het is daarom zeer belangrijk om rekening
te houden met Mn bij het synthetiseren van semi-kristallijne materialen.
Ook voor aggrerende (push-pull) polymeren, die een veel minder uitgesproken
kristallijne microstructuur vormen, is er een directe link tussen de fotovoltaïsche
parameters en Mn. Dit werd aangetoond door vijf commercieel verkregen fracties
van PTB7 te onderzoeken. De efficiënties van deze vijf batches varieerden
significant (2.7-7%). Indien Mn > 140 kg mol-1 werd een hoge efficiëntie bekomen.
Bovendien vertoonden de stalen met lage Mn een bimodaal karakter. Via
massaspectrometrie (MALDI-TOF) was het mogelijk om de chemische structuur
van de componenten te achterhalen die zich in de bimodale polymeerdistributie
bevinden. Er bleek een grote hoeveelheid en variatie aan homogekoppelde
defecten aanwezig te zijn. De aanwezigheid van homogekoppelde moleculen
vertaalt zich rechtstreeks in de elektrische en optische eigenschappen die op hun
beurt de fotovoltaïsche parameters sterk beïnvloeden. Ook hier werd een invloed
op de microstructuur vastgesteld, maar het is moeilijk om het effect van
homogekoppelde defecten en moleculair gewicht in een polymeer los te koppelen.
De aanwezigheid van homogekoppelde defecten kan ook een indicatie zijn dat het
vooropgestelde moleculair gewicht per definitie niet kan behaald worden.
De homogekoppelde defecten komen niet alleen voor in push-pull polymeren,
maar ook in kleinere push-pull moleculen, wat het belang om homogekoppelde defecten te bestuderen enkel vergroot. Zo lijkt het effect van homogekoppelde
defecten nog groter te zijn in systemen met kleine moleculen. Bovendien is het
zuiveren van kleine moleculen niet altijd triviaal (zoals vaak wordt beweerd).
Om het effect van homokoppelingen te isoleren van eender welk moleculaire
gewichtseffect, is een systematische studie uitgevoerd op een populair klein
molecule (DTS(FBTTh2)2). Lage concentraties van homokoppelingen zijn al
voldoende om significante verlagingen in de efficiëntie te veroorzaken,
gekenmerkt door een verlaging in geleverde kortsluitstroom, fill factor en VOC. De
aanwezigheid van homogekoppelde nevenproducten resulteert in een systeem dat
meerdere chemische structuren bevat, wat zich uiteindelijk vertaalt naar een nietoptimale morfologie op verschillende schalen, die nefast is voor de optimale
performantie. Zo bezitten homokoppelingen andere energetische niveaus en
bandgaps. Homokoppeling van de elektronrijkere bouwsteen (donor-donor) leidt
tot een verhoging van het energieniveau van de hoogst opgevulde moleculaire
orbitaal (HOMO), waardoor de VOC afneemt.
Algemeen kan verondersteld worden dat homokoppelingen een significant
probleem vormen in push-pull systemen voor zowel polymeren als kleine
moleculen en een bijdrage leveren aan de bestaande batch-to-batch variaties. Dit
type van nevenproducten zou dan ook te allen tijde vermeden moeten worden.
De beste strategie vertrekt vanuit het synthesestandpunt, nl. optimale
syntheseprocedures, bv. katalysatoren en reactietemperaturen waarbij geen
homokoppelingen gevormd worden. Opzuivering via gel permeatie
chromatografie na de synthese zou een optie op laboschaal kunnen zijn, althans
voor kleine moleculen, maar het is niet mogelijk om deze methode te vertalen
naar industriële opschaling.
Hoewel deze thesis zich richt op organische zonnecellen is het zeer waarschijnlijk
dat homogekoppelde defecten ook een belangrijke rol spelen bij andere
toepassingen waarin push-pull materialen gebruikt worden, zoals organische
transistoren, fotodetectoren en bio-imaging
ESA–BEXUS project: OSCAR - Zonne-Energie Voor De Planeet Aarde En Verder
No full textZonne–energie is ontegensprekelijk één van de belangrijkste en duurzaamste oplossingen voor de globale energie– en klimaatuitdagingen waar onze planeet voor staat. Nieuwe generatie printbare, plooibare en ultra–dunnen zonnecellen kunnen bovendien leiden tot tal van nieuwe toepassingen, gaande van energie–bevoorrading voor draag bare elektronica (smartphones, tablets, …) tot grensverleggende toepassingen voor toekomstige ruimtereizen. Printbare organische en perovskiet–zonnecellen zijn namelijk de wereldkampioenen qua verhouding energie–opbrengst versus gewicht. Voor toekomstige ruimtevaartmissies hebben deze zonnecellen dus de bijzondere voordelen dat ze een ultra–licht gewicht hebben, plooibaar en uitvouwbaar zijn en bovendien ter plaatse (in ruimteschepen of in ruimtestations op bijvoorbeeld de Maan of op Mars) kunnen geprint worden.
Door deelname aan het BEXUS–programma (Balloon Experiments for University Students) van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, hebben een team van negen UHasselt–doctoraatstudenten en studenten Fysica (Miguel–Angel Beynaerts, Ilaria Cardinaletti, Rob Cornelissen, Jaroslav Hruby, Steven Nagels, Dieter Schreurs, Jelle Vodnik, Tim Vangerven & Koen Wouters) een wereldrecord gebroken qua gebruik van printbare zonnecellen op grote hoogte. Met het OSCAR–project (Optical Sensors based on CARbon Materials) hebben ze voor het eerste de prestaties van printbare zonnecellen en van een nieuwe magnetische–veldsensor bestudeerd in echte ruimtevaartcondities. Vanuit het lanceerstation Kiruna in Zweden werd een onderzoeksballon in de stratosfeer gebracht — op 32 kilometer hoogte (3x hoogte van vliegtuigtrajecten) — waarbij extreme condities heersen zoals lage luchtdruk, lage temperaturen (tot wel –60 graden Celsius) en een pak meer straling van de zon
BEXUS 23 OSCAR: Solar Cell I-V Monitoring System for Space Environments
No full textNovel thin film solar cells exhibit unprecedented specific power, which is a key figure of merit for space applications. To get a first indication of their possible degradation in space environments, the OSCAR (‘Optical Sensors based on CARbon materials’) team has built a solar cell performance monitoring system and deployed it on the BEXUS 23 flight. This paper reports the design, testing and performance of said system. Our system
performed impeccably over its 4h mission course, maintaining communication and reliably reporting solar cell I-V curves. It forms a guideline for anyone who needs to measure millivolts and microamperes in similar conditions, monitor solar cells on remote locations or wants to follow up on degradation of thin film solar cells in space
ESA–BEXUS project: OSCAR - Zonne-Energie Voor De Planeet Aarde En Verder
No full textZonne–energie is ontegensprekelijk één van de belangrijkste en duurzaamste oplossingen voor de globale energie– en klimaatuitdagingen waar onze planeet voor staat. Nieuwe generatie printbare, plooibare en ultra–dunnen zonnecellen kunnen bovendien leiden tot tal van nieuwe toepassingen, gaande van energie–bevoorrading voor draag bare elektronica (smartphones, tablets, …) tot grensverleggende toepassingen voor toekomstige ruimtereizen. Printbare organische en perovskiet–zonnecellen zijn namelijk de wereldkampioenen qua verhouding energie–opbrengst versus gewicht. Voor toekomstige ruimtevaartmissies hebben deze zonnecellen dus de bijzondere voordelen dat ze een ultra–licht gewicht hebben, plooibaar en uitvouwbaar zijn en bovendien ter plaatse (in ruimteschepen of in ruimtestations op bijvoorbeeld de Maan of op Mars) kunnen geprint worden.
Door deelname aan het BEXUS–programma (Balloon Experiments for University Students) van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, hebben een team van negen UHasselt–doctoraatstudenten en studenten Fysica (Miguel–Angel Beynaerts, Ilaria Cardinaletti, Rob Cornelissen, Jaroslav Hruby, Steven Nagels, Dieter Schreurs, Jelle Vodnik, Tim Vangerven & Koen Wouters) een wereldrecord gebroken qua gebruik van printbare zonnecellen op grote hoogte. Met het OSCAR–project (Optical Sensors based on CARbon Materials) hebben ze voor het eerste de prestaties van printbare zonnecellen en van een nieuwe magnetische–veldsensor bestudeerd in echte ruimtevaartcondities. Vanuit het lanceerstation Kiruna in Zweden werd een onderzoeksballon in de stratosfeer gebracht — op 32 kilometer hoogte (3x hoogte van vliegtuigtrajecten) — waarbij extreme condities heersen zoals lage luchtdruk, lage temperaturen (tot wel –60 graden Celsius) en een pak meer straling van de zon
BEXUS 23 OSCAR: Solar Cell I-V Monitoring System for Space Environments
No full textNovel thin film solar cells exhibit unprecedented specific power, which is a key figure of merit for space applications. To get a first indication of their possible degradation in space environments, the OSCAR (‘Optical Sensors based on CARbon materials’) team has built a solar cell performance monitoring system and deployed it on the BEXUS 23 flight. This paper reports the design, testing and performance of said system. Our system
performed impeccably over its 4h mission course, maintaining communication and reliably reporting solar cell I-V curves. It forms a guideline for anyone who needs to measure millivolts and microamperes in similar conditions, monitor solar cells on remote locations or wants to follow up on degradation of thin film solar cells in space
Molecular vibrations reduce the maximum achievable photovoltage in organic solar cells
No full textThe low-energy edge of optical absorption spectra is critical for the performance of solar cells, but is not well understood in the case of organic solar cells (OSCs). We study the microscopic origin of exciton bands in molecular blends and investigate their role in OSCs. We simulate the temperature dependence of the excitonic density of states and low-energy absorption features, including low-frequency molecular vibrations and multi-exciton hybridisation. For model donor-acceptor blends featuring charge-transfer excitons, our simulations agree very well with temperature-dependent experimental absorption spectra. We unveil that the quantum effect of zero-point vibrations, mediated by electron-phonon interaction, causes a substantial exciton bandwidth and reduces the open-circuit voltage, which is predicted from electronic and vibronic molecular parameters. This effect is surprisingly strong at room temperature and can substantially limit the OSC’s efficiency. Strategies to reduce these vibration-induced voltage losses are discussed for a larger set of systems and different heterojunction geometries.We would like to thank the Deutsche Forschungsgemeinschaft for financial support through the Emmy Noether program (OR 349/1-1) and the project Photogen (VA 1035/5-1) as well as the German Federal Ministry for Education and Research (BMBF) for financial support (InnoProfile project "Organische p-i-n Bauelemente 2.2" (03IPT602X)). Grants for computer time from the Zentrum fur Informationsdienste und Hochleistungsrechnen of TU Dresden (ZIH) and the Leibniz Supercomputing Centre in Garching (SuperMUC-NG) are gratefully acknowledged. Insightful discussions with K. Tvingstedt are gratefully acknowledged.Ortmann, F , (reprint author), Tech Univ Dresden, Ctr Adv Elect Dresden, D-01062 Dresden, Germany.
[email protected]
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
- …
