Advanced Studies on Dye-Sensitized Solar Cells

Abstract

The conversion of sunlight into electricity is one of the most promising energy sources because is renewable and available worldwide. Therefore, is desirable to develop low cost, stable and efficient photovoltaic devices that can compete with the expensive silicon solar panels. Dye-sensitized solar cells (DSC) are a promising photovoltaic technology based on low-cost materials and fabrication processes with power-conversion efficiencies over 12%. DSC harvest light thanks to a photoactive organic molecule, and extracts the charges through different materials. The analysis of the working principles of these complex devices is essential in order to achieve further improvements on the solar cell efficiency. The aim of this thesis is to analyze and identify the electrical interactions between the internal materials and interfaces of a DSC by means of impedance spectroscopy (IS). We provide useful interpretation of IS applied to DSC and insights on DSC development such as implementation of photonic crystals and up-scaling to modules, as a first step for a future commercialization.

Convertir la llum solar en electricitat és una de les maneres més prometedores d'obtindre energía, ja que és inesgotable i disponible arreu del món. Primer és necessari desenvolupar dispositius fotovoltaics què siguin eficients, estables i de baix cost, i així poder competir en el mercat amb les actuals cèl·lules solars de silici. Les cèl·lules solars sensitivitzades amb colorant (DSC) ‎ja han assolit eficiències per sobre del 12% amb materials i processos de fabricació senzills i barats. Les DSC recol·lecten la llum gracies a unes molècules fotoactives (colorant) i extrauen les càrregues a través de diferents materials semiconductors. Analitzar els principis de funcionament d'aquests dispositius és essencial per a assolir futures millores en eficiència i estabilitat. L'objectiu d'aquesta tesi és analitzar i identificar les interaccións elèctriques entre els materials i interfases internes d'una DSC mitjançant l'espectroscopía d'impedància (IS). El treball proporciona una interpretació pràctica de la IS aplicada a les DSC i també altres idees per al desenvolupament de les DSC com ara l'ús de cristalls fotònics i la fabricació de moduls de gran àrea, com a primer pas per a una futura comercialització.