El presente trabajo se ha desarrollado durante las prácticas en la empresa EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, en la unidad de Functional Printing & Embedded Devices. El principal objetivo planteado en el proyecto ha sido fabricar dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV) e incorporarlos en piezas plásticas inyectadas, sin que estos pierdan su funcionalidad. En primer lugar, se han optimizado las distintas capas que conforman los OPVs. En segundo lugar, se han fabricado dispositivos sobre sustrato rígido y flexible mediante técnicas de impresión (Dr. Blade, SlotDie y serigrafia) y mediante evaporación térmica. En tercer lugar, se ha comparado el uso de poliuretano termoplástico (TPU) y policarbonato (PC) para la inyección de los dispositivos OPV mediante una máquina de inyección de polímeros termoplásticos; las muestras se han preparado anteriormente con film soporte, film barrera y distintos tipos de adhesivos. Gracias a la caracterización de las muestras mediante curvas J-V, 4 puntas, EQE, medidas de absorbancia y LBIC, se ha monitorizado el efecto de los distintos parámetros de fabricación y del proceso de inyección en los dispositivos. Por lo que se refiere a la configuración de los dispositivos, se ha determinado que el material donante PM6 tiene mayor absorbancia que el PTQ10, aunque éste es capaz de generar una mayor diferencia de potencial. Además, al añadir IDIC en los sistemas probados, se consigue mejorar la extracción de carga. También se ha establecido un sistema para optimizar el grosor de la capa fotoactiva (PAL) según los materiales del OPV. En esta línea, se concluye que los OPVs semitransparentes necesitan mayor grosor de PAL para conseguir fotocorrientes cercanas a las obtenidas con capas evaporadas. En cuanto a los electrodos impresos, se ha determinado que tintas basadas en nanohilos de plata (AgNWs) o PEDOT:PSS, presentan un gran potencial para sustituir el ITO como electrodo inferior, por su baja resistividad y alta transmitancia; sin embargo, aún faltan por solucionar problemas relacionados con su compatibilidad con el stack, su rugosidad y la estabilidad de las capas. Finalmente, los dispositivos OPV fabricados con ITO y Flextrode (electrodo comercial de Ag y PEDOT:PSS) han presentado una tolerancia satisfactoria al proceso de inyección, manteniendo un promedio del ~90% de su eficiencia original. Se concluye que los dispositivos OPV con PM6 como material donante de la capa activa y con TPU como material termoplástico inyectado alcanzan una mayor funcionalidad. Por otro lado, las muestras inyectadas con PC muestran un descenso drástico en su funcionalidad, presumiblemente debido a la degradación de la capa activa con las mayores temperaturas de inyección.

El present treball s'ha desenvolupat durant les pràctiques en l'empresa EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, en la unitat de Functional Printing & Embedded Devices. El principal objectiu plantejat en el projecte ha estat fabricar dispositius fotovoltaics orgànics (OPV) i incorporar-los en peces plàstiques injectades, sense que aquests perdin la seva funcionalitat. En primer lloc, s'han optimitzat les diferents capes que conformen els OPVs. En segon lloc, s'han fabricat dispositius sobre substrats rígids i flexibles mitjançant tècniques d'impressió (Dr. Blade, Slot-Die i serigrafia) i mitjançant evaporació tèrmica. En tercer lloc, s'ha comparat l'ús de poliuretà termoplàstic (TPU) i policarbonat (PC) per a la injecció dels dispositius OPV mitjançant una maquina d’injecció de polímers termoplàstics; les mostres s'han preparat anteriorment amb film suport, film barrera i diferents tipus d'adhesius. Gràcies a la caracterització de les mostres mitjançant corbes J-V, 4 puntes, EQE, mesures d'absorbància i LBIC, s'ha monitorat l'efecte dels diferents paràmetres de fabricació i del procés d'injecció en els dispositius. Pel que fa a la configuració dels dispositius, s'ha determinat que el material donant PM6 té major absorbància que el PTQ10, encara que aquest és capaç de generar una major diferència de potencial. A més, en afegir IDIC en els sistemes provats, s'aconsegueix millorar l'extracció de càrrega. També s'ha establert un sistema per a optimitzar el gruix de la capa fotoactiva (PAL) segons els materials de l'OPV. En aquesta línia, es conclou que els OPVs semitransparents necessiten major gruix de PAL per aconseguir generar fotocorrents properes a les obtingudes amb capes evaporades. En quant als elèctrodes impresos, s'ha determinat que tintes basades en nanofils de plata (AgNWs) o PEDOT:PSS, presenten un gran potencial per a substituir l'ITO com a elèctrode inferior, per la seva baixa resistivitat i alta transmitància; no obstant això, encara falten per solucionar problemes relacionats amb la seva compatibilitat amb el stack, la seva rugositat i l'estabilitat de les capes. Finalment, els dispositius OPV fabricats amb ITO i Flextrode (elèctrode comercial d'Ag i PEDOT:PSS) han presentat una tolerància satisfactòria al procés d'injecció, mantenint una mitjana del ~90% de la seva eficiència original. Es conclou que els dispositius OPV amb PM6 com a material donant de la capa activa i amb TPU com a material termoplàstic injectat, aconsegueixen una major funcionalitat. D'altra banda, les mostres injectades amb PC mostren un descens dràstic en la seva funcionalitat, presumiblement a causa de la degradació de la capa activa amb les majors temperatures d'injecció.

This work has been developed during the internship at EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, in the Functional Printing & Embedded Devices unit. The main objective of the project was to manufacture organic photovoltaic devices (OPV) and incorporate them into injected plastic parts, without losing their functionality. Firstly, the different layers that make up the OPVs have been optimised. Secondly, devices have been manufactured on rigid and flexible substrates using printing techniques (Dr. Blade, Slot-Die and screen printing) and thermal evaporation. Thirdly, the use of thermoplastic polyurethane (TPU) and polycarbonate (PC) for the injection of OPV devices has been compared using a thermoplastic polymer injection molding; the samples have been previously prepared with backing film, barrier film and different types of adhesives. Thanks to the characterisation of the samples by J-V curves, 4-point, EQE, absorbance and LBIC measurements, the effect of the different manufacturing and injection process parameters of the devices has been monitored. Regarding the configuration of the devices, it has been determined that the PM6 donor material has a higher absorbance than PTQ10, although PTQ10 is able to generate a higher potential difference. In addition, the addition of IDIC to the tested systems improves the charge extraction. A system has also been established to optimise the thickness of the photoactive layer (PAL) according to the OPV materials. In this line, it is concluded that semi-transparentOPVs need higher PAL thickness to achieve photocurrents approaching those obtained with evaporated layers. As for printed electrodes, inks based on silver nanowires (AgNWs) or PEDOT:PSS have been identified as having great potential to replace ITO as the bottom electrode, due to their low resistivity and high transmittance; however, issues related to stack compatibility, roughness and layer stability remain to be solved. Finally, OPV devices fabricated with ITO and Flextrode (commercial Ag and PEDOT:PSS electrode) have shown a satisfactory tolerance to the injection process, maintaining an average of ~90% of their original efficiency. It is concluded that OPV devices with PM6 as active layer donor material and TPU as injected thermoplastic material achieve higher functionality. On the other hand, samples injected with PC show a drastic decrease in their functionality, presumably due to the degradation of the active layer at higher injection temperatures.