As células solares orgânicas (OSC) são dispositivos baseados em pequenas moléculas ou polímeros conjugados, capazes de transformar energia luminosa em corrente elétrica. Esses dispositivos têm atraído a atenção da comunidade científica devido ao baixo custo de fabricação. Apesar das altas eficiências das OSCs, há falta de estudos científicos que investiguem os processos de degradação em uso contínuo e em condições ambientes. O primeiro passo rumo à padronização nos testes de confiabilidade/estabilidade das OSCs foi dado em 2011 durante o Intentional Summer on Organic Photovoltaic Stability (ISOS), onde diretrizes e protocolos de teste foram estabelecidos. No entanto, os protocolos do ISOS ainda não são completamente seguidos pela comunidade de OSCs, tornando os dados de degradação em fotovoltaicos difíceis de serem comparados e replicados. Portanto, este trabalho teve como foco desenvolver uma instrumentação a fim de estudar o efeito da degradação nos parâmetros fotovoltaicos em ambientes internos e externos, seguindo os protocolos do ISOS. Para avaliar os sistemas, foram utilizadas camadas ativas produzidas a partir de uma mistura de polímero de P3HT - poli(3-hexiltiofeno) - com PC61BM - ácido [6,6]-fenil-C61-butírico, ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al; esta configuração é amplamente usadas nas células solares orgânicas do tipo de heterojunção em volumen (BHJ - bulk-heterojunction). Foram realizadas medições de corrente-tensão (J-V) sob iluminação de 100 mW/cm², possibilitando a extração das características e parâmetros da célula solar orgânica. Os dispositivos recém-fabricados apresentaram uma média de densidade de corrente de curto-circuito (Jsc) de 10.21±0.05 mA/cm², tensão de circuito aberto (Voc) de 0.62±0.01 V, fator de preenchimento (FF) de 53.5±0.1 %, e eficiência de conversão de energia (PCE) de 3.44 ± 0.02 %. Quatro tipos de protocolos diferentes foram utilizados para medir a degradação em operação contínua: ISOS-O-2, ISOS-L-1, ISOS-D- 1 e ISOS-T-2. Além disso, todos os dispositivos foram expostos ao ar atmosférico, sem encapsulamento adicional. Os testes externos e internos revelam correlações importantes: i) a umidade é o principal fator de degradação nos testes externos, afetando eficiência e densidade de corrente de curto-circuito devido à filtragem de moléculas de H₂O e O₂. ii) Nos testes internos (iluminação AM1.5G), o teste sob iluminação mostra um T₈₀ (tempo necessário para que o dispositivo atinja 80% de sua eficiência em relação ao valor inicial) de aproximadamente 32 horas. Em contraste, os testes com ciclos térmicos resultam em perda significativa de eficiência, sendo de 20% no primeiro ciclo. O teste no escuro, exibe um T₈₀ mais rápido (2 horas) indicando uma degradação 16 vezes mais rápida do que o teste sob iluminação. A análise das resistências R_s e R_sh durante os testes revelou que a umidade, tanto em ambientes internos quanto externos, exerce uma influência substancial no desempenho da célula solar orgânica. Essa análise é muito comentada, mas pouco estudada pela comunidade científica. Além disso, a análise morfológica por AFM destacou alterações notáveis na estrutura da blenda polimérica durante a degradação, especialmente em condições de estresse de tensão, ciclos térmicos e umidade. Mesmo em testes no escuro, foram observados impactos na morfologia, enfatizando a importância crítica da umidade no desempenho das células solares orgânicas. A pesquisa concedeu ao Grupo de Polímeros Bernard Gross um conjunto robusto de sistemas para testes de degradação em ambientes internos e externos, abrindo caminho para investigações mais detalhadas e aprimorando o entendimento dos dispositivos fotovoltaicos orgânicos.

Organic Solar Cells (OSCs) are devices based on small molecules or conjugated polymers capable of converting light energy into electrical current. These devices have garnered attention from the scientific community due to their low manufacturing costs. Despite the high efficiencies of OSCs, there is a lack of scientific studies investigating degradation processes under continuous use and ambient conditions. The first step towards standardizing reliability/stability tests for OSCs was taken in 2011 during the Intentional Summer on Organic Photovoltaic Stability (ISOS), where testing guidelines and protocols were established. However, adherence to ISOS protocols remains incomplete within the OSC community, making it challenging to compare and replicate photovoltaic degradation data. This study aimed to develop instrumentation to investigate the stability and degradation phenomena of photovoltaic devices under continuous operation in outdoor conditions, following ISOS protocols. Active layers produced from a blend of P3HT (poly(3-hexylthiophene)) polymer and PC61BM ([6,6]-phenyl- C61-butyric acid) were used in the evaluation, with a widely recognized configuration of ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al for organic bulk heterojunction solar cells. Current-voltage (J-V) measurements were conducted under illumination at 100 mW/cm², allowing for the extraction of the organic solar cells characteristics and parameters. Newly fabricated devices exhibited an average short-circuit current density (JSC) of 10.21±0.05 mA/cm², an open-circuit voltage (VOC) of 0.62±0.01 V, a fill factor (FF) of 53.5±0.1%, and an energy conversion efficiency (PCE) of 3.44±0.02%. Four different protocols (ISOSO- 2, ISOS-L-1, ISOS-D-1, and ISOS-T-2) were employed to measure continuous operation degradation. Additionally, all devices were exposed to atmospheric air without additional encapsulation. External and internal tests revealed significant correlations. Humidity emerged as the primary degradation factor in external tests, affecting efficiency and short-circuit current density due to the filtration of H₂O and O₂ molecules. Voltage stress also played a role. In internal tests, the illumination test showed a T₈₀ of about 32 hours. In contrast, the thermal cycling test resulted in a significant 20% efficiency loss in the first cycle, and the dark test exhibited a faster T₈₀ of 2 hours, indicating degradation 16 times faster than the illumination test. The analysis of resistances R_s and R_sh during tests revealed that humidity, in both internal and external environments, significantly influenced the organic solar cells performance, often underestimated by the scientific community. Furthermore, morphological analysis using AFM highlighted notable changes in the polymeric blend structure during degradation, especially under voltage stress, thermal cycling, and humidity. Even in dark tests, environmental impacts on morphology were observed, emphasizing the critical importance of humidity in organic solar cell performance. This research provided the Bernard Gross Polymer Group with a robust set of systems for degradation tests in internal and external environments, paving the way for more detailed investigations and enhancing the understanding of organic photovoltaic devices.