Analysis of the Different Kinetic Processes in Perovskite Solar Cells

Abstract

L'energia fotovoltaica s'ha convertit en una de les alternatives més populars com a font d'energia renovable. Es basa en la transformació directa de radiació solar en electricitat. Es troba disponible a escala global i a més no necessita de cap transformador per convertir l'energia mecànica en energia elèctrica, el que fa que sigui fàcil d'implementar. Avui en dia, el material més utilitzat per a aplicacions fotovoltaiques segueix sent el silici. En canvi, el desenvolupament de noves tecnologies, més barates, fàcils de processar i que a més poden utilitzar-se en substrats flexibles, ha sorgit com a alternativa al silici. De totes elles, les perovskita basades en halurs de plom s'han convertit en una de les millors opcions per a la comunitat científica a causa de les excel·lents propietats fotovoltaiques que presenta. Tot i que les eficiències dels dispositius preparats amb perovskita han arribat al 25%, un valor que es troba molt proper al seu màxim teòric, els processos que tenen lloc en aquests dispositius encara no són del tot coneguts. En aquesta tesi es tracta d'obtenir informació sobre els processos dels transportadors de càrrega, des de com es generen fins a la recombinació, tant en les interfícies com a l'interior del propi material. Per això, s'han utilitzat diferents tècniques de caracterització avançades com el fotovoltatge transitori (TPV), la fotocorrent transitòria (TPC), l'extracció de càrrega (CE) i l’espectroscòpia d'absorció transitòria en l'escala del femtosegon (FSTA), obtenint importants conclusions sobre pèrdues i processos que afecten la recombinació de transportadors de càrrega que porten a pitjors eficiències

La energía fotovoltaica se ha convertido en una de las alternativas más populares como fuente de energía renovable. Se basa en la transformación directa de radiación solar en electricidad. Se encuentra disponible a escala global y además no precisa de ningún transformador para convertir la energía mecánica en energía eléctrica, lo que hace que sea fácil de implementar. Hoy en día, el material más utilizado para aplicaciones fotovoltaicas sigue siendo el silicio. En cambio, el desarrollo de nuevas tecnologías, más baratas, fáciles de procesar y que además pueden utilizarse en sustratos flexibles, ha surgido como alternativa al silicio. De todas ellas, las perovskitas basadas en haluros de plomo se han convertido en una de las mejores opciones para la comunidad científica debido a las excelentes propiedades fotovoltaicas que presenta. Aunque las eficiencias de los dispositivos preparados con perovskitas han alcanzado el 25%, un valor que se encuentra muy cercano a su máximo teórico, los procesos que tienen lugar en estos dispositivos aún no son del todo conocidos. En esta tesis se trata de obtener información acerca de los procesos de los transportadores de carga, desde cómo se generan hasta la recombinación, tanto en las interfaces como en el interior del propio material. Para ello, se han utilizado distintas técnicas de caracterización avanzadas como el fotovoltaje transitorio (TPV), fotocorriente transitoria (TPC), la extracción de carga (CE) y la espectrocopía de absorción transitoria en la escala del femtosegundo (fsTA), obteniendo importantes conclusiones sobre pérdidas

Photovoltaics have become one of the most popular renewable source of energy. Photovoltaic technologies transform sunlight into electricity, and they are also available worldwide, and they do not depend on the conversion of motive power, making this technology quite easy to implement. Nowadays, silicon is still the most used material for photovoltaics. Anyway, new photovoltaic technologies have emerged as alternatives to silicon, as they are cheaper, easier to process, and, they are possible to use on flexible substrates. Among them, lead halide perovskites have become one of the most popular choice in the scientific community, due to the great properties that this material presents. While efficiencies have risen above 25%, which is close to their maximum theoretical limit, there is still debate about the processes happening in the device. In this thesis, we try to gain insight into charge carrier processes from their generation to their recombination at both perovskite interfaces, and also in the bulk of the material. Using advanced characterization techniques, such as transient photovoltage (TPV), transient photocurrent (TPC), charge extraction (CE), and femtosecond transient absorption spectroscopy (fsTA) we obtained important findings about charge carrier losses, and artifacts affecting charge carrier recombination in functional devices that lead to lower power conversion efficiencies.