Stable organic solar cells for indoor IoT applications
- Reference number
- ID20-0105
- Project leader
- Gao, Feng
- Start and end dates
- 210101-241231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The digitalization is currently expanding at a rapid pace, and powering Internet of things (IoT) devices without the need to replace batteries will enable a huge market in urban areas. High-performance organic solar cells (OSCs) are well suited as light energy harvesters that can be integrated to power IoT devices. Very recently, the applicants have made a breakthrough in using OSCs to power IoT devices: we have demonstrated a record efficiency of 26.1% under room light, making OSCs ideal for powering next generation of IoT devices. The remaining critical challenge for commercialization is their lifetime, which the current project aims to address. We will in this project reveal degradation mechanisms, through identifying the key factors influencing the lifetime of OSCs. Firmly based on these new understanding, we will then fabricate OSC modules with high efficiency and long-term operational stability through the printing technology. Close collaborations between industry and academia, through this industry PhD project, will significantly accelerate the dissemination of this emerging technology in society. This project brings together Linköping University, which is a world-leading organic electronics research center, and Epishine AB, which focuses on the commercialization of OSCs for IoT applications. This project will achieve a new paradigm for realizing long-term stability of high-performance OSCs for practical IoT applications.
Popular science description
Internet of Things (IoT) revolutionen står för dörren med en enorm digitalisering av vårt samhälle. IoT består av små uppkopplade sensorer som möjliggör allt från fastighetsautomation och styrning av uppvärmning och ventilation till Industri 4.0. För att kunna mäta och skicka data behöver alla dessa sensorer försörjas med billig och klimatvänlig energi. I dag begränsas utbyggnaden av IoT av behovet att byta batterier, vilket medför en stor underhållskostnad samt resulterar i en enorm åtgång av batterier. Alternativet till batterier är energy harvesting, där energi från omgivningen ersätter batteriet. De dominerande teknologierna för energy harvesting är termisk, vibrationell, RF samt ljusbaserade. I inomhusmiljöer, där IoT är på väg framåt snabbast, är ljusbaserad energy harvesting den källa som kan tillgodose energibehovet. Bland solcellsteknologierna är organiska solceller den teknologi med störst potential för att möte kraven på hög verkningsgrad inomhus kombinerat med lågt klimatavtryck och giftfria produkter. Därför strävar detta industriella doktorandprojekt mot att brygga gapet mellan labb och industriell produktion av nästa generations högpresterande organiska solceller. Nyligen demonstrerade de sökande ett nytt rekord med en verkningsgrad på 26.1% för organiska solceller vid typisk inomhusbelysning. Epishine har en utvecklat en dedikerad produktionsprocess för organiska solceller för inomhusapplikationer och nästa steg är att överföra de nya materialen med hög verkningsgrad till produktionsprocessen. Den största utmaningen i den överföringen är att garantera tillräcklig livstid i solcellerna, då de trycks och processas i luft där de högpresterande materialen riskerar att degradera på grund av reaktioner med syret i luften. Inom detta doktorandprojekt kommer vi att identifiera designregler och processvillkor för att undvika att materialen oxiderar och därmed nå tillräcklig livstid i solcellerna för integration i IoT produkter. Vid projektets slut har vi som mål att leverera stabila och högpresterande state of the art organiska solcellesmoduler för energy harvesting inomhus tillverkade i en industriell tryckprocess.