Organic solar cells: life cycle assessment as a research tool to reduce payback time and environmental impacts

Abstract

[SPA] Las sociedades modernas están llamadas a repensar y rediseñar el modelo energético a otro más sostenible si se quiere conservar el equilibrio ecológico. Las energías renovables como tecnologías de bajas emisiones pueden hacer frente a los objetivos del cambio climático. La luz del sol, en particular es una posible solución como recurso abundante y distribuido que es. De entre las tecnologías fotovoltaicas existentes, una nueva generación, la fotovoltaica orgánica (OPV) se ha desarrollado de manera exponencial en los últimos cinco años, mostrando un gran potencial. Estos dispositivos están compuestos de materiales poliméricos semiconductores, depositados sobre sustratos flexibles. A pesar de que siguen siendo grandes los retos a superar, hay una investigación activa en el campo la física de materiales tema que ha permitido, por ejemplo, que la eficiencia de los dispositivos se haya multiplicado por diez durante la última década. Estos avances llevan a esperar que aparezcan métodos de producción rápida, baratos y de bajo impacto sobre el medio ambiente. En esta tesis, se han preparado dispositivos fotovoltaicos orgánicos en dos escalas: a nivel de laboratorio, y mediante métodos de producción masiva o roll-to-roll. El gran potencial que ésta tecnología puede ofrecer se ha cuantificado a través de análisis de ciclo de vida (LCA). Estos estudios han tratado de establecer los parámetros que son fundamentales en la fabricación de éstos dispositivos a escala semi industrial y cuantificar el potencial de la tecnología de células solares de polímeros. Los resultados de la aplicación de ésta metodología a la producción de impresos módulos poliméricos a escala semi industrial, mediante varias rutas han sido prometedores.

[ENG] In view of the world energy panorama, modern societies are urged to rethink and redesign the energy model into a more sustainable one if they want to preserve an ecological balance. Renewable energies as low-carbon technologies can tackle climate change targets. Sunlight in particular, as the most abundant resource and sustainable resource, is a possible solution. Among the existing photovoltaic technologies, organic photovoltaics (OPV) has evolved in an exponential way in the last five years exhibiting a large potential. Despite that there are still important challenges to overcome, there is an active research in this subject that has enabled for example that the efficiency of the devices has increased by a factor of 10 during the last decade. These progress lead to expect fast, cheap and low environmental impact production methods. In this thesis, OPV devices have been prepared by different methods and the great potential of this technology has been quantified through life cycle assessment (LCA) methods. LCA studies on production of printed polymeric modules at semi industrial scale have been carried out, showing promising results. The studies have sought to establish the parameters that are critical for the beneficial use of polymer solar cells in society and to firmly demonstrate where the potential of the polymer solar cell technology is.