Estudo e caracterização de células solares de perovskitas de cátions misto - Garcia, Larissa de Oliveira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
Um dos principais obstáculos para aplicação de células solares de perovskita (CSPs) em larga escala é a estabilidade dos materiais de perovskita (PVK) em termos de estrutura cristalina, estequiometria e características optoeletrônicas durante condições operacionais adversas e prolongadas. Os impactos causados pela degradação foram significativamente diminuídos pela engenharia composicional. Ainda assim, existe uma preocupação remanescente decorrente de fatores físicos e químicos dos dispositivos envolvendo migração iônica, presença de defeitos na estrutura PVK e surgimento de comportamentos de histerese. Durante esta dissertação foram realizadas mudanças na proporção dos haletos iodetos/brometos para uma PVK híbrida e diferentes resultados quanto a cristalização, reprodutibilidade e propriedades ópticas do material foram analisados e discutidos. Amostras contendo maior concentração de brometos (17%) apresentaram melhora na eficiência (PCE) chegando a 16,95%, o que pode ser atribuído aos valores de Jsc = 21,69 mA.cm-2, Voc =1,03 V e FF = 75,65 %. Dispositivos sem a presença de brometos por sua vez apresentaram baixa reprodutibilidade, aumento no índice de histerese (0,28) e quedas significativas dos parâmetros fotovoltaicos (Jsc = 14,25 mA.cm-2, Voc=0,84 V, FF = 35,67 % e PCE = 5,22 %). A influência do substrato durante a cristalização dos filmes de PVK também foi estudada e observou-se uma diminuição no tamanho dos grãos de acordo com a molhabilidade da solução de PVK e a ETL compacta do dispositivo. O maior número de grãos nas amostras preparadas por Spin coating (SC) promoveu um aumento do índice de histerese e queda nos parâmetros fotovoltaicos: Jsc = 22,20 mA.cm-2, Voc=1,02 V, FF = 69,12 % resultando em PCE = 15,68 %. Por outro lado, dispositivos preparados utilizando ETLs depositadas por Magnetron Sputtering (RS) apresentaram valores de Jsc = 22,04 mA.cm-2, Voc = 1,05 V, FF = 73,42 % e PCE = 17,00 %. A fim de melhorar os resultados das CSPs fabricadas com ETLs depositadas por SC, utilizou-se uma camada passivadora de PMMA resultando em um aumento dos parâmetros dos dispositivos (Jsc = 22,60 mA.cm-2, Voc =1,05 V, FF = 71,78 % e PCE = 17,04 %). Por fim, a substituição do coletor metálico de ouro por uma tinta à base de carbono se mostrou uma estratégia promissora e dispositivos com PCE = 8,52 % foram obtidos.

One of the main obstacles to large-scale application of perovskite solar cells (PSCs) is the stability of perovskite (PVK) materials in terms of crystal structure, stoichiometry and optoelectronic characteristics during prolonged and adverse operating conditions. The impacts caused by degradation have been significantly reduced by compositional engineering. However, there are remaining concerns due to physical and chemical factors of the devices involving ionic migration, presence of defects in the PVK structure and hysteresis behavior. During this dissertation, changes were made in the proportion of halides in a mixed cation PVK and different results regarding crystallization, reproducibility and optical properties of the material were obtained and discussed. Samples containing the highest concentration of bromides (17%) showed an efficiency improvement (PCE) reaching 16.95%, J sc = 21.69 mA.cm-2, Voc = 1.03 V and FF= 75.65 %. On the other hand, devices without bromides showed low reproducibility, increase in hysteresis index (0.28) and significant losses in photovoltaic parameters (J sc = 14.25 mA.cm-2 , Voc = 0.84 V, FF= 35.67 % and PCE = 5.22%). The influence of the substrate during the crystallization of PVK films was also studied and a decrease in grain size was observed according to the wettability of the PVK solution and the compact ETL of the device. Higher number of grains could be observed for samples prepared by spin coating (SC) which promoted an increase in hysteresis index (0.14) and a decrease in the photovoltaic parameters (J sc = 22.20 mA.cm-2, Voc = 1.02 V, FF= 69.12 % and PCE=15.68 %), when compared to the devices containing ETL deposited by Magnetron Sputtering (RS) (J sc = 22.04 mA.cm-2, Voc = 1.05 V, FF = 73.42 % and PCE = 17.00 %). In order to improve these results, a passivating layer of PMMA was applied to improving the electrical parameters of the CSPs based on ETL_SC (J sc = 22.60 mA.cm-2 , Voc=1.05 V, FF = 71.78 % and PCE = 17.04 %). Finally, the replacement of the gold metallic electrode by a carbon ink proved to be promising and devices with PCE = 8.52% were obtained.
Study and characterization of mixed cation perovskite solar cells
Keywords: Células solares; Perovskita; Cristalização; Caracterização elétrica; Solar cells; Perovskit; Crystallization; Electrical characterization