Upscaling of the manufacture of polymer solar cells is detailed with emphasis on cost analysis and practical approach. The device modules were prepared using both slot-die coating and screen printing the active layers in the form of stripes that were serially connected. The stripe width was varied and the resultant performance analysed. Wider stripes give access to higher geometric fill factors and lower aperture loss while they also present larger sheet resistive losses. An optimum was found through preparation of serially connected stripes having widths of 9, 13 and 18 mm with nominal geometric fill factors (excluding bus bars) of 50, 67 and 75% respectively. In addition modules with lengths of 6, 10, 20, 22.5 and 25 cm were explored. The devices were prepared by full roll-to-roll solution processing in a web width of 305 mm and roll lengths of up to 200 m. The devices were encapsulated with a barrier material in a full roll-to-roll process using standard adhesives giving the devices excellent stability during storage and operation. The total area of processed polymer solar cell was around 60 m2 per run. The solar cells were characterised using a roll-to-roll system comprising a solar simulator and an IV-curve tracer. After characterisation the solar cell modules were cut into sheets using a sheeting machine and contacted using button contacts applied by crimping. Based on this a detailed cost analysis was made showing that it is possible to prepare complete and contacted polymer solar cell modules on this scale at an area cost of 89 euro m(-2) and an electricity cost of 8.1 euro Wp(-1). The cost analysis was separated into the manufacturing cost, materials cost and also the capital investment required for setting up a complete production plant on this scale. Even though the cost in euro Wp(-1) is comparable to the cost for electricity using existing technologies the levelized cost of electricity (LCOE) is expected to be significantly higher than the existing technologies due to the inferior operational lifetime. The presented devices are thus competitive for consumer electronics but ill-suited for on-grid electricity production in their current form.

Procedures for testing organic solar cell devices and modules with respect to stability and operational lifetime are described. The descriptions represent a consensus of the discussion and conclusions reached during the first 3 years of the international summit on OPV stability (ISOS). The procedures include directions for shelf life testing, outdoor testing, laboratory weathering testing and thermal cycling testing, as well as guidelines for reporting data. These procedures are not meant to be qualification tests, but rather generally agreed test conditions and practices to allow ready comparison between laboratories and to help improving the reliability of reported values. Failure mechanisms and detailed degradation mechanisms are not covered in this report.

A complete polymer solar cell module prepared in the ambient atmosphere under industrial conditions is presented. The versatility of the polymer solar cell technology is demonstrated through the use of abstract forms for the active area, a flexible substrate, processing entirely from solution, complete processing in air using commonly available screen printing, and finally, simple mechanical encapsulation using a flexible packaging material and electrical contacting post-production using crimped contacts. We detail the production of more than 2000 modules in one production run and show that the production technique is scalable and well suited for direct transfer to the printing industry employing existing production equipment. The production speed and cost analysis for the individual modules from this batch is discussed and a forecast for the high volume cost based on this method is given. Further, the points where significant cost reductions can be achieved are identified. The use of the solar cell as the power supply for a small radio and other small electronic circuits is demonstrated. Lastly, the operational stability under ambient conditions in the dark and under illumination is discussed.

A solar park based on polymer solar cells is described and analyzed with respect to performance, practicality, installation speed, and energy payback time. It is found that a high voltage installation where solar cells are all printed in series enables an installation rate in Watts installed per minute that far exceed any other PV technology in existence. The energy payback time for the practical installation of polymer solar cell foil on a wooden 250 square meter platform in its present form is 277 days when operated in Denmark and 180 days when operated in southern Spain. The installation and de‐installation rate is above 100 m min −1 , which, with the present performance and web width, implies installation of >200 W min −1 . In comparison, this also exceeds the overall manufacturing speed of the polymer solar cell foil with a width of 305 mm which is currently 1 m min −1 for complete encapsulated and tested foil. It is also significant that simultaneous installation and de‐installation which enables efficient schemes for decommissioning and recycling is possible. It is highlighted where research efforts should most rationally be invested in order to make grid electricity from OPV a reality (and it is within reach).

The improvement of the performance of roll-to-roll processed polymer solar cell modules through miniaturization of the device outline is described. The devices were prepared using full roll-to-roll processing comprising flexographic printing, slot-die coating and rotary screen printing to create 5 mm wide lines of ZnO, P3HT:[60/70]PCBM, PEDOT:PSS and silver on an ITO-PET substrate. The lines were spaced by 1 mm and the devices were completed by encapsulation using roll-to-roll lamination on both sides using a pressure sensitive adhesive and a multilayered barrier material having a UV-filter with a cut-off at 390 nm, oxygen and water vapor transmission rates of respectively 0.01 cm3 m−2 bar−1 day−1 and 0.04 g m−2 day−1. The final modules comprised 16 serially connected cells. The technical yield was 89% based on the criterion that the Voc had to be larger than 7.2 V. This set of modules gave respectively a voltage, current, fill factor and power conversion efficiency of 8.47 ± 0.41 V, −23.20 ± 4.10 mA, 35.4 ± 2.8% and 1.96 ± 0.34% in the case of modules based on P3HT:[60]PCBM. A total of 1960 modules were prepared for each run and the best power conversion reached was 2.75% for devices based on P3HT:[70]PCBM. The solar cell modules were used to demonstrate the complete manufacture of a small lamp entirely using techniques of flexible electronics. The solar cell module was used to charge a polymer lithium ion battery through a blocking diode. The entire process was fully automated and demonstrates the capacity of polymer solar cells in the context of flexible and printed electronics. Finally a comparison was made between the learning curve for OPV and crystalline silicon solar cells in terms of the cost per watt peak and the cumulative watt peak. OPV as a technology was found to have a significantly steeper learning curve.

Inline printing and coating methods have been demonstrated to enable a high technical yield of fully roll-to-roll processed polymer tandem solar cell modules. We demonstrate generality by employing different material sets and also describe how the ink systems must be carefully co-developed in order to reach the ambitious objective of a fully printed and coated 14-layer flexible tandem solar cell stack. The roll-to-roll methodologies involved are flexographic printing, rotary screen printing, slot-die coating, X-ray scattering, electrical testing and UV-lamination. Their combination enables the manufacture of completely functional devices in exceptionally high yields. Critical to the ink and process development is a carefully chosen technology transfer to industry method where first a roll coater is employed enabling contactless stack build up, followed by a small roll-to-roll coater fitted to an X-ray machine enabling in situ studies of wet ink deposition and drying mechanisms, ultimately elucidating how a robust inline processed recombination layer is key to a high technical yield. Finally, the transfer to full roll-to-roll processing is demonstrated.

A comparative photochemical stability study of a wide range of π-conjugated polymers relevant to polymer solar cells is presented. The behavior of each material has been investigated under simulated sunlight (1 sun, 1000 W m−2, AM 1.5G) and ambient atmosphere. Degradation was monitored during ageing combining UV-visible and infrared spectroscopies. From the comparison of the collected data, the influence of the polymer chemical structure on its stability has been discussed. General rules relative to the polymer structure–stability relationship are proposed.

Small polymer solar cell modules that are manufactured without indium-tin-oxide using only roll-to-roll printing and coating techniques under ambient conditions enable facile integration into a simple demonstrator (for example a laser pointer). Semitransparent front electrode grid structures prepared by roll-to-roll inkjet printing in conjunction with photonic sintering enable preparation of complete modules on flexible substrates and subsequent integration of the modules into a laser pointer demonstrator. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.