Halide perovskite solar cellsstrategies for high stability

Resumen

Entre las tecnologías fotovoltaicas emergentes más avanzadas, las celdas solares de perovskita de haluro (PSC) han evolucionado significativamente en tan sólo unos pocos años, consiguiendo eficiencias de conversión de energía certificadas (PCE) superiores al 25%. Sin embargo, algunos de los inconvenientes de la tecnología que limita su comercialización es la presencia de materiales tóxicos a base de Pb, limitaciones en el escalado de la tecnología, y lo más importante, su estabilidad a largo plazo en operación continua. Los óxidos semiconductores (incluido el óxido de grafeno) se han empleado como excelentes capas de barrera debido a su bajo coste de fabricación y facilidad de síntesis, pero sobre todo por las propiedades de estabilidad y larga vida que le confieren al dispositivo PSC final. En esta tesis, proponemos tres estrategias para superar los problemas de estabilidad en las PSC: (a) ingeniería aditiva en la perovskita de haluro adsorbida (Capítulo 2), (b), la fabricación de PSC basada en carbón (Capítulo 3) y (c), la sustitución de óxidos semiconductores clásicos por óxidos ferroeléctricos como capas de transporte (Capítulo 4). Iniciamos la descripción del siguiente trabajo con una breve introducción al tema de la energía y las celdas solares de perovskita (Capítulo 1). Seguidamente, presentamos las tres estrategias diferentes utilizadas para mejorar la estabilidad de las PSC. La primera estrategia, descrita en el Capítulo 2, incluye el uso de aditivos orgánicos con grupos funcionales de fosfonato y carboxílicos que son capaces de pasivizar defectos puntuales poco profundos, lo que da como resultado de inmovilización de iones y la mejora de la estabilidad de las PSC. Se ha demostrado que la utilización de electrodos a base de carbono en las PSC (Capítulo 3) mejora la resistencia a la humedad y, por tanto, el rendimiento general de las celdas solares. En esta sección, presentaremos los resultados más recientes sobre la fabricación de PSC completas aplicando electrodos de carbono. Por último, describimos el trabajo realizado sobre la sustitución de óxidos semiconductores clásicos aplicados a las PSC como capas de transporte (como TiO2 o SnO2), por óxidos ferroeléctricos, especialmente Titanato de Plomo Zirconato (PZT) y Ferrita de Bismut (BFO). Los estudios iniciales con PZT han demostrado que las vacantes de oxígeno perjudiciales presentes en los óxidos semiconductores, que degradan la perovskita de haluro, están relacionadas con las propiedades de polarización del óxido ferroeléctrico y no con la fotodegradación del dispositivo. Por último, los Capítulos 5 y 6 describen las diferentes metodologías empleadas en esta tesis y la conclusión del trabajo, respectivamente.