Interfacial effects in organic solar cells

Solceller baserade på organiska halvledare erbjuder en möjlighet till storskalig och billig solenergiproduktion. Organiska halvledare har den fördelen att de är lösningsprocesserbara vilket gör att solceller och andra elektroniska komponenter baserade på dessa halvledare kan tillverkas vid låga temperaturer och med liten energiförbrukning. Nackdelen med dessa material är deras strukturella och energetiska oordning som leder till lägre effektivitet. För att organiska solceller ska kunna kommersialiseras krävs grundläggande insikter i de olika processer som begränsar effektiviteten. En stor del av forskningen om dessa processer har varit fokuserad kring egenskaperna av solcellens olika komponenter (de aktiva materialen) som sådana, medan gränsytorna mellan olika material har fått mindre uppmärksamhet. Gränsytor mellan olika material har distinkt olika egenskaper jämfört med ett rent material, och gränsytors olika egenskaper kan ha en väldigt stor inverkan på hur solcellerna fungerar. Syftet med denna avhandling är att klargöra några olika gränsyterelaterade effekter i organiska dioder och solceller. De gränsytor som behandlas är gränsytan mellan kontakten och det aktiva lagret (metall-organisk) och gränsytan mellan donor och acceptor (organisk-organisk). Resultaten visar att metall-organiska gränsytor måste designas noggrant för att begränsa förlust av effektivitet. En icke-idealisk kontakt leder till starkt reducerad effektivitet på grund av att elektronerna extraheras ineffektivt. Även till synes idealiska kontakter kan orsaka förluster genom spontan laddningsöverföring från metallen till det organiska lagret som effektivt sett minskar på den spänning som cellen kan alstra. Den organisk-organiska gränsytan påverkar hur mycket ström cellen kan alstra och beroende på gränsytans beskaffenhet kan de negativa rekombinationsprocesserna i materialet kontrolleras. ------------------------------------------------- Orgaanisille puolijohteille perustuvat aurinkokennot mahdollistavat suurimuotoisen ja edullisen aurinkoenergiatuotannon. Orgaanisten puolijohteiden etu on että ne voidaan liuottaa, jolloin aurinkokennot ja muut näille johteille perustuvat elektroniset komponentit voidaan valmistaa alhaisessa lämpötilassa kuluttaen vähän energiaa. Materiaalien huonona puolena on kuitenkin niiden rakenteellinen ja energeettinen epäjärjestys, jonka seurauksena niiden tehokkuus on huonompi. Orgaanisten aurinkokennojen kaupallistaminen edellyttää perustavanlaatuista ymmärystä tehokkuutta rajoittavista prosesseista. Aurinkokennotutkimus on pääosin keskittynyt aurinkokennon eri komponenttien (aktiivisten materiaalien) ominaisuuksiin, kun taas eri materiaalien rajapinnat ovat jääneet vähemmälle huomiolle. Eri materiaalien välisillä rajapinnoilla on huomattavan erilaisia ominaisuuksia verrattuna puhtaisiin materiaaleihin. Rajapintojen ominaisuudet voivat kuitenkin vaikuttaa merkittävästi aurinkokennojen toimintaan. Tämän väitöstutkimuksen tarkoituksena on selventää joitain rajapintoihin liittyviä toimintoja orgaanisissa diodeissa ja aurinkokennoissa. Käsiteltävät rajapinnat ovat rajapinta kontaktin ja aktiivisen kerroksen välillä (metallis-orgaaninen) ja rajapinta donorin ja akseptorin välillä (orgaanis-orgaaninen). Tutkimustulokset osoittavat, että metallis-orgaaniset rajapinnat tulee suunnitella huolellisesti, jotta tehokkuuden alenemista voidaan rajoittaa. Mikäli kontakti ei ole ideaalisti suunniteltu, vähenee tehokkuus huomattavasti, mikä johtuu elektronien tehottomasta ekstrahoinnista. Jopa ideaalisilta vaikuttavat kontaktit voivat johtaa tehokkuuden alenemiseen, mikäli varaus siirtyy spontaanisti metallista orgaaniseen kerrokseen, sillä tämä alentaa jännitettä jonka kenno voi tuottaa. Kennon orgaanis-orgaaninen rajapinta vaikuttaa siihen, kuinka paljon virtaa kenno pystyy tuottamaan. Rajapinnan ominaisuuksista riippuen materiaalin rekombinaatio on hallittavissa.

Kahden lämmitysjärjestelmiä valmistavan tuotantoyksikön toimintojen yhdistäminen kustannustehokkuuden lisäämiseksi

Tämä työ käsittelee Oilon Oy:n tehtaan layout -suunnittelua, kun yhdistetään kaksi eri kiinteistössä toimivaa tuotantoyksikköä saman katon alle. Yksiköt ovat Hollolassa toimiva Oilon Home Oy ja Lahden pääkonttorissa toimiva Oilon Industry Oy. Yhdistämisellä haetaan säästöjä tuotantoyksiköiden välisistä logistiikkakuluista sekä kiinteistön vuokra- ja ylläpitokuluista ja samalla tehostetaan tehtaan sisäistä materiaalinkäsittelyä. Oilon Oy on toiminut Lahden pääkonttorissa jo yli 50 vuoden ajan ja sen tuotanto on kokenut historiansa aikana useita pienempiä muutoksia, jotka ovat jättäneet nykyiseen layoutiin paljon toivomisenvaraa. Jotta molemmat tuotantoyksiköt saadaan mahtumaan Lahden yksikköön, on sinne saatava luotua tarvittavat tilat siellä olemassa oleville toiminnoille ja Hollolan yksiköstä saapuville tuotantolinjoille. Työn alussa perehdytään kirjallisuuden avulla siihen kuinka tuotanto on kehittynyt maailmalla lähihistorian aikana, jotta voidaan paremmin ymmärtää Oilon Oy:n nykytilanteeseen johtaneita syitä. Koska Hollolasta saapuville tuotantolinjoille ei ole tarkoitus rakentaa uutta tuotantotilaa, pyritään tilaa vapauttamaan Lahden tehtaalta varastointia tehostamalla ja sen logistiikkaa helpottamalla. Tämän vuoksi vertaillaan yleisimpiä tavaroiden varastointi ratkaisuita sekä tutkitaan kuinka materiaalin käsittelyä voitaisiin tehostaa varastossa ja tuotantosuluissa. Varastoinnin tehostaminen ei kuitenkaan yksin riitä vapauttamaan tarvittavia tiloja, joten layout-muutoksen aikana rakennetaan myös kaksi uuttaa varastohallia. Uudessa layout-suunnitelmassa huomioidaan kunkin solun nykyiset ja tulevat tilantarpeet, sekä rakennetaan ne niin, että työvoimaa voidaan käyttää niissä joustavasti eri tuotteiden valmistamiseen. Tutkimusmetodeina käytetään teemahaastatteluita, joilla selvitetään työntekijöiden tarpeet sekä kirjallisuuden avulla perehdytään Lean-tuotantoon, kanban:iin, 5S:ään ja arvovirta-analyysiin. Näitä soveltamalla saadaan luotua tehokkaasti toimiva kokonaisuus, jolla tavoitellut säästöt saadaan toteutumaan.