Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 06/10/2026 11:00
Λήξη: 06/10/2026 12:00
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Χαραλαμπόπουλος Ιωάννης
Α.Μ.: 2018050077
Ημερομηνία Παρουσίασης: 06/10/2026
Ώρα: 11:00
Αίθουσα: https://tuc-gr.zoom.us/j/95657023359?pwd=5sVvYUrPKVtcFfrnEUbV8W9i7OwcSx.1
Θέμα ΔE «ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΟΥ ΖΩΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΗΣΗΣ»
Title «LIFE CYCLE ANALYSIS OF ORGANIC PHOTOVOLTAIC DEVICES BASE ON DIFFERENT LIGHT SOURCES»
Επιβλέπων: ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΓΟΥΡΝΗΣ
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1 ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΓΟΥΡΝΗΣ
2 ΧΡΗΣΤΟΣ ΧΟΧΟΣ
3 ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΣΗΦΑΚΗΣ
Περίληψη:
Οι συσκευές του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) πολλαπλασιάζονται γρήγορα και οι περισσότερες
λειτουργούν σε εσωτερικούς χώρους. Η τροφοδοσία τους με μπαταρίες έχει υψηλό κόστος συντήρησης και
αφήνει τοξικά απόβλητα. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά εσωτερικού χώρου (IPVs) μπορούν να καλύψουν αυτή
την ανάγκη. Είναι λεπτά, εύκαμπτα και χαμηλού κόστους, παρασκευάζονται από διάλυμα και αξιοποιούν το
φως λαμπτήρων LED ή φθορισμού (100–1000 lx). Η εργασία εξετάζει τα οργανικά φωτοβολταϊκά (OPVs) ως
πηγή ενεργειακής αυτονομίας για αισθητήρες σε έξυπνα κτίρια.
Το θεωρητικό μέρος καλύπτει τα εξής:
• τις αρχές λειτουργίας των διατάξεων ογκώδους ετεροεπαφής (BHJ) και την εξέλιξη των αποδόσεων έως
σήμερα,
• τους πολυμερείς δότες και τους μη-φουλερενικούς δέκτες (NFAs, Y-σειρά), καθώς και τον σχεδιασμό τους
για το φάσμα του εσωτερικού φωτισμού (βέλτιστο ενεργειακό χάσμα 1,7–2,0 eV),
• τα στρώματα μεταφοράς φορτίου, τις αρχιτεκτονικές διατάξεων και τις μεθόδους εναπόθεσης,
• την επεξεργασία με πράσινους διαλύτες και τη σταθερότητα κατά τα πρωτόκολλα ISOS,
• την ανάλυση κύκλου ζωής, την ανακύκλωση και το κόστος.
Η βιβλιογραφική ανάλυση δείχνει ότι πάνω από το 90% του περιβαλλοντικού αποτυπώματος ενός OPV
οφείλεται στο υπόστρωμα και τα ηλεκτρόδια (ITO, Ag) και όχι στην ενεργή στρώση. Τα OPVs έχουν πολύ μικρό
χρόνο ενεργειακής απόσβεσης (EPBT) και χαμηλή αθροιστική ζήτηση ενέργειας σε σχέση με το κρυσταλλικό
πυρίτιο.
Στο πειραματικό μέρος συντέθηκαν με πολυμερισμό Stille τρία συζυγιακά πολυμερή δότες, τα WF3, WF3S και
WF3F. Όλα βασίζονται σε βενζοδιθειοφαίνιο (BDT) και διφθοριωμένη κινοξαλίνη και διαφέρουν μόνο στον
υποκαταστάτη του πλευρικού θειοφαινίου: αλκύλιο, αλκυλοθειο ή φθόριο αντίστοιχα. Τα πολυμερή
αξιολογήθηκαν σε ανεστραμμένες διατάξεις ITO/ZnO/πολυμερές:PC₇₁BM/MoOₓ/Ag, υπό ηλιακή ακτινοβολία
AM1.5G και υπό φωτισμό LED 500 lx. Ο χαρακτηρισμός έγινε με UV-Vis, CV, PL, AFM, GIWAXS, SCLC και
μετρήσεις εξάρτησης από την ένταση του φωτός.
Η φθορίωση έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα:
• Το HOMO βάθυνε από −5,44 σε −5,62 eV και η διαφορά LUMO από τον δέκτη μειώθηκε στα 0,26 eV. Έτσι η
V OC αυξήθηκε κατά περίπου 110 mV χωρίς να χαθεί η αποδοτικότητα διαχωρισμού των εξιτονίων
(απόσβεση PL 97%).
• Το WF3F:PC₇₁BM είχε πιο λεία μορφολογία (RMS 1,92 nm), ισχυρότερο face-on προσανατολισμό και
υψηλότερη κρυσταλλικότητα.
• Οι ευκινησίες φορτίων ήταν ισορροπημένες (μ h /μ e ≈ 1,13) και η επανασύνδεση μέσω παγίδων ελάχιστη (n
= 1,13).
Η διάταξη WF3F:PC₇₁BM πέτυχε PCE 17,34% υπό LED 500 lx (FF 70,7%) και 9,44% υπό 1 sun. Αυτό την κάνει
κατάλληλη για διπλή χρήση, σε εσωτερικό και εξωτερικό χώρο.
Στους μελλοντικούς στόχους η εργασία προτείνει μετάβαση σε πράσινους διαλύτες (o-xylene), συνδυασμό του
WF3F με NFAs της Y-σειράς και τριαδικά συστήματα, κατασκευή εκτυπώσιμων modules μεγάλης επιφάνειας,
δοκιμές γήρανσης, επίδειξη αυτοτροφοδοτούμενου κόμβου IoT και κυκλική διαχείριση των διατάξεων στο
τέλος της ζωής τους.
Λέξεις-κλειδιά: οργανικά φωτοβολταϊκά, φωτοβολταϊκά εσωτερικού χώρου, IoT, έξυπνα κτίρια, συζυγιακά
πολυμερή, BDT, κινοξαλίνη, ανάλυση κύκλου ζωής, ανακύκλωση
Abstract:
Internet of Things (IoT) devices are rapidly multiplying, and most of them operate indoors. Powering them with batteries entails high maintenance costs and generates toxic waste. Indoor organic photovoltaics (IPVs) can address this need. They are thin, flexible, and low-cost, can be processed from solution, and effectively harvest light from LED or fluorescent lamps (100–1000 lx). This thesis investigates organic photovoltaics (OPVs) as an autonomous energy source for sensors in smart buildings.
The theoretical part covers the following:
• the operating principles of bulk heterojunction (BHJ) devices and the evolution of power conversion efficiencies to date,
• polymer donors and non-fullerene acceptors (NFAs, Y-series), as well as their design tailored to the indoor lighting spectrum (optimal optical bandgap of 1.7–2.0 eV),
• charge transport layers, device architectures, and deposition methods,
• processing using green solvents and stability protocols according to ISOS standards,
• life cycle assessment, recycling, and cost analysis.
The literature review shows that over 90% of an OPV's environmental footprint is attributed to the substrate and electrodes (ITO, Ag), rather than the active layer. OPVs demonstrate a very short energy payback time (EPBT) and low cumulative energy demand compared to crystalline silicon.
In the experimental part, three conjugated polymer donors—WF3, WF3S, and WF3F—were synthesized via Stille polycondensation. All three are based on benzodithiophene (BDT) and difluorinated quinoxaline, differing only in the substituent of the conjugated thiophene side chain: alkyl, alkylthio, and fluorine, respectively. The polymers were evaluated in inverted ITO/ZnO/polymer:PC₇₁BM/MoOₓ/Ag device architectures under standard AM1.5G solar illumination and under 500 lx LED lighting. Characterization was conducted using UV-Vis, CV, PL, AFM, GIWAXS, SCLC, and light-intensity dependence measurements.
Fluorination yielded the best results:
• The HOMO level deepened from −5.44 to −5.62 eV, while the LUMO offset relative to the acceptor decreased to 0.26 eV. Consequently, the VOC increased by approximately 110 mV without sacrificing exciton dissociation efficiency (PL quenching of 97%).
• The WF3F:PC₇₁BM blend exhibited a smoother morphology (RMS roughness of 1.92 nm), a stronger face-on orientation, and higher crystallinity.
• Charge carrier mobilities were well-balanced (μh/μe≈1.13) with minimal trap-assisted recombination (n=1.13).
The WF3F:PC₇₁BM device achieved a PCE of 17.34% under 500 lx LED illumination (FF 70.7%) and 9.44% under 1 sun, demonstrating its suitability for dual indoor/outdoor applications.
Future work proposes transitioning to green solvents (e.g., o-xylene), pairing WF3F with Y-series NFAs and ternary blends, fabricating printable large-area modules, conducting shelf-life and operating stability tests, demonstrating a self-powered IoT node, and establishing end-of-life circular management strategies for the devices.
Keywords: organic photovoltaics, indoor photovoltaics, IoT, smart buildings, conjugated polymers, BDT, quinoxaline, life cycle assessment, recycling
