Halide perovskite solar cellsstrategies for high stability

Resumo

Entre les tecnologies fotovoltaiques emergents més avançades, les cel·les solars de perovskita d’halur (PSC) han evolucionat significativament en tant sols uns pocs anys, aconseguint eficiències de conversió d’energia certificades (PCE) superiors al 25%. No obstant això, alguns dels inconvenients de la tecnologia que limita la seva comercialització és la presència de materials tòxics a base de Pb, limitacions en l’escalat de la tecnologia, i el més important, la seva estabilitat a llarg termini en operació contínua. Els òxids semiconductors (inclòs l’òxid de grafè) s’han emprat com a excel·lents capes de barrera a causa del seu baix cost de fabricació i facilitat de síntesi, però, sobretot, per les propietats d’estabilitat i llarga vida que li confereixen al dispositiu PSC final. En aquesta tesi, proposem tres estratègies per superar els problemes d’estabilitat en les PSC: (a) enginyeria additiva en la perovskita d’halur adsorbida (Capítol 2), (b), la fabricació de PSC basada en carbó (Capítol 3) i (c), la substitució d’òxids semiconductors clàssics per òxids ferroelèctrics com a capes de transport (Capítol 4). Iniciem la descripció del següent treball amb una breu introducció al tema de l’energia i les cel·les solars de perovskita (Capítol 1). Seguidament, presentem les tres estratègies diferents emprades per millorar l’estabilitat de les PSC. La primera estratègia, descrita al Capítol 2, inclou l’ús d’additius orgànics amb grups funcionals de fosfonat i carboxílics que son capaços de passivar defectes puntuals poc profunds, el que dona com a resultat d’immobilització d’ions i la millora de l’estabilitat de les PSC. S’ha demostrat que la utilització d’elèctrodes a base de carboni en les PSC (Capítol 3) millora la resistència a la humitat i, per tant, el rendiment general de les cel·les solars. En aquesta secció, presentarem els resultats més recents sobre la fabricació de PSC completes aplicant elèctrodes de carboni. Finalment, descrivim el treball realitzat sobre la substitució d’òxids semiconductors clàssics aplicats a les PSC com a capes de transport (com TiO2 o SnO2), per òxids ferroelèctrics, especialment Titanat de Plom Zirconat (PZT) i Ferrita de Bismut (BFO). Els estudis inicials amb PZT han demostrat que les vacants d’oxigen perjudicials presents als òxids semiconductors, que degraden la perovskita d’halur, estan relacionades amb les propietats de polarització de l’òxid ferroelèctric i no amb la fotodegradació del dispositiu. Finalment, els Capítols 5 i 6 descriuen les diferents metodologies emprades en aquesta tesi i la conclusió del treball, respectivament.