TOWARD NANOSTRUCTURED PEROVSKITE SOLAR CELLS BASED ON NANOPOROUS ANODIC ALUMINA TECHNOLOGY

Abstract

En aquesta tesi es planteja fabricar una cel·la solar nano-estructurada de perovskita utilitzant alúmina nano-porosa anoditzada (NAA en les seves sigles en anglès) com a suport. Es va escollir la perovskita perquè les cel·les solars d'aquest material han assolit una eficiència molt similar a les cel·les existents de silici. A més a més, són barates i fàcils de preparar. El fet que la cel·la estigui nano-estructurada aportarà estabilitat davant la radiació, la temperatura i la humitat, sent aquest el principal problema d'aquests dispositius. Els nano-porus de la NAA tenen una forma cilíndrica molt ben definida on la grandària es pot controlar fàcilment sent tots els nano-porus iguals, el qual permetrà un major control sobre l'homogeneïtat del material infiltrat. Per tant l'objectiu de la tesi és aplicar la tecnologia de NAA a les cel·les solars de perovskita (CSP). Per això, primer va tenir lloc un procés de familiarització amb la fabricació i caracterització de NAA, així com dels CPSs d'alta eficiència, mitjançant mètodes estàndards coneguts. Un cop es va aconseguir la fabricació de NAA amb diferents mides de porus, la capa barrera d'alúmina que existeix entre l'alumini i el fons del porus va haver de ser eliminada, per poder aprofitar l'alumini (base de la NAA) com a contacte elèctric. Pel qual es va investigar i desenvolupar un nou mètode, ja que els mètodes existents no són adequats per eliminar la capa de barrera de gruixos superiors als 200 nm. Finalment es va estudiar la infiltració dels materials que formen una CSP en els nano-porus, mitjançant mètodes simples de deposició. Es va obtenir una cel·la solar nano-estructurada de perovskita utilitzant com a suport NAA, dels quals resultats d'eficiència són humils, pel fet que l'estructura plantejada en aquest treball és totalment innovadora. Fet que obre un ampli camí per futurs treballs.

En esta tesis se plantea fabricar una celda solar nano-estructurada de perovskita utilizando alúmina nano-porosa anodizada (NAA de sus siglas en inglés) como soporte. Se eligió la perovskita ya que las celdas solares de este material han alcanzado una eficiencia muy similar a las celdas existentes de silicio. Además, son baratas y fáciles de preparar. El hecho de que la celda este nano-estructurada aportará estabilidad frente a la radiación, temperatura y humedad, siendo este el principal problema de estos dispositivos. Los nano-poros de la NAA tienen una forma cilíndrica muy bien definida cuyo tamaño se puede controlar fácilmente siendo todos los nano-poros iguales, lo cual permitirá un mayor control sobre la homogeneidad del material infiltrado. Por lo que el objetivo de esta tesis es aplicar la tecnología de NAA a las celdas solares de perovskita (CSP). Para ello primero tuvo lugar el proceso de familiarización con la fabricación y caracterización de NAA, así como de CSPs de alta eficiencia, mediante métodos estándar conocidos. Una vez se consiguió la fabricación de NAA con diferentes tamaños de poro, la capa barrera de alúmina que existe entre el aluminio y el fondo del poro tuvo que ser eliminada, para poder aprovechar el aluminio (base de la NAA) como contacto eléctrico. Para lo cual se investigó y desarrolló un nuevo método, ya que los métodos existentes no son adecuados para eliminar capa de barrera de espesores superiores a los 200 nm. Finalmente se estudió la infiltración de los materiales que forman una CSP en los nano-poros, mediante métodos simples de deposición. Se obtuvo una celda solar nano-estructurada de perovskita utilizando como soporte NAA, cuyos resultados de eficiencia son humildes, debido a que la estructura planteada en este trabajo es totalmente novedosa. Lo cual abre un amplio camino para futuros trabajos.

In this thesis, the nanostructured perovskite solar cell manufacture using nanoporous anodic alumina (NAA) as a scaffold is proposed. The perovskite was chosen since the solar cells made with this material have achieved very similar efficiency to silicon cells. Also, they are cheap and easy to prepare. The fact that the cell will be nanostructured will provide stability against radiation, temperature and humidity, this being the main problem of these devices. The NAA nanopores have a very well defined cylindrical shape, whose size can be easily controlled, all nanopores being ident, which will allow greater control over the homogeneity of the infiltrated material. Therefore, this thesis aims to apply NAA technology to perovskite solar cells (PSCs). First, the familiarization process with the manufacture and characterization of NAA, as well as of high-efficiency PSCs, through known standard methods were carried out. Once the manufacture of NAA with different pore sizes was achieved, the alumina barrier layer that exists between the aluminium and the bottom of the nanopores had to be removed, to take advantage of the aluminium (base of the NAA) as an electrical contact. For which a new method was investigated and developed since existing methods are not suitable for removing barrier layer thicknesses greater than 200 nm. Finally, the infiltration of the materials that form a PSC within the nanopores was studied, utilizing simple deposition methods. A full working nanostructured perovskite solar cell was obtained using NAA as a scaffold, whose efficiency results are modest because the structure proposed in this work is novel. Which opens a wide path for future work.