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Publicação
Air Processed Stable Wide-Bandgap MAPbBr3 Perovskite Solar Cells
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Resumo(s)
The high sensitivity of perovskite solar cells (PSCs) prevents them from revolutionising the renewable energy landscape. With this in mind, this thesis aims to manufacture PSCs with greater stability, primarily focusing on optimising the active layer. To achieve this goal, the study was focused on CH3NH3PbBr3, a perovskite with a wide-bandgap of 2.30 eV, known for its superior stability compared to more extensively researched organohalide perovskites. Its deposition is carried out using the spin-coating technique under ambient air con-ditions, which makes the process more challenging, due to its sensitivity to environmental conditions such as temperature and relative humidity. In order to promote the enhancement of the stability of PSCs, the addition of quantum dots (QDs) at different concentrations in the perovskite matrix was investigated. To support this research, the synthesised thin films were characterised using SEM, XRD, PL and UV-Vis spectrophotometry. The optoelectronic performance of the devices was also analysed whilst they were stored in vacuum and in ambient air, to assess their stability in different environments.
The introduction of QDs was successful, especially at a concentration of 2.00 mg/mL, as it reduced the degradation rate of the devices. After 1320 hours in vacuum, cells manufactured with QDs increased their power conversion efficiency (PCE) from 2.03 % to 2.39 %, an increase of 18 %. In contrast, in pristine cells a 41.9 % decrease was observed, from 1.24 % to 0.72 %. When exposed to ambient air, the pristine devices ceased to operate entirely, whilst devices with QDs maintained a PCE 12 % higher than the initial value, this is, 2.28 %.
A alta sensibilidade das células solares de perovskite (PSCs) previne-as de revolucionarem o panorama das energias renováveis. Posto isto, esta tese tem como objetivo a fabricação de PSCs com maior estabilidade, focando maioritariamente na otimização da camada ativa. Para tal, recorreu-se ao estudo de CH3NH3PbBr3, uma perovskite com wide-bandgap de 2.30 eV, com estabilidade superior relativamente às organohalide pe-rovskites mais investigadas. A sua deposição é realizada através da técnica de spin-coating em condições de ar ambiente, algo que torna o processo mais desafiador, dada a sua sensibilidade à temperatura e humidade relativa. De modo a promover o maior aumento da estabilidade das PSCs, foi estudada a adição de quantum dots (QDs) em diferentes concentrações na matriz da perovskite. Para apoiar esta pesquisa, os filmes finos sintetizados foram caracterizados por SEM, XRD e espetrofotometria PL e UV-Vis. O desempenho optoelec-trónico dos dispositivos foi também analisado enquanto estes se encontravam armazenados em vácuo e em ar ambiente, de modo a averiguar a sua estabilidade em diferentes meios. A introdução dos QDs foi um sucesso, em especial com uma concentração de 2.00 mg/mL, dado que permitiu reduzir o ritmo de degradação dos dispositivos. Depois de 1320 h em vácuo, células fabricadas com QDs aumentaram a sua eficiência de conversão de potência (PCE) de 2.03 % para 2.39 %, um aumento de 18 %. Por outro lado, nas células pristinas observou-se um decréscimo em 41.9 %, de1.24 % para 0.72 %. Quando expostos ao ar ambiente, os dispositivos pristinos deixaram totalmente de operar, enquanto os dispo-sitivos com QDs apresentaram uma PCE 12 % superior à inicial, isto é, 2.28 %.
A alta sensibilidade das células solares de perovskite (PSCs) previne-as de revolucionarem o panorama das energias renováveis. Posto isto, esta tese tem como objetivo a fabricação de PSCs com maior estabilidade, focando maioritariamente na otimização da camada ativa. Para tal, recorreu-se ao estudo de CH3NH3PbBr3, uma perovskite com wide-bandgap de 2.30 eV, com estabilidade superior relativamente às organohalide pe-rovskites mais investigadas. A sua deposição é realizada através da técnica de spin-coating em condições de ar ambiente, algo que torna o processo mais desafiador, dada a sua sensibilidade à temperatura e humidade relativa. De modo a promover o maior aumento da estabilidade das PSCs, foi estudada a adição de quantum dots (QDs) em diferentes concentrações na matriz da perovskite. Para apoiar esta pesquisa, os filmes finos sintetizados foram caracterizados por SEM, XRD e espetrofotometria PL e UV-Vis. O desempenho optoelec-trónico dos dispositivos foi também analisado enquanto estes se encontravam armazenados em vácuo e em ar ambiente, de modo a averiguar a sua estabilidade em diferentes meios. A introdução dos QDs foi um sucesso, em especial com uma concentração de 2.00 mg/mL, dado que permitiu reduzir o ritmo de degradação dos dispositivos. Depois de 1320 h em vácuo, células fabricadas com QDs aumentaram a sua eficiência de conversão de potência (PCE) de 2.03 % para 2.39 %, um aumento de 18 %. Por outro lado, nas células pristinas observou-se um decréscimo em 41.9 %, de1.24 % para 0.72 %. Quando expostos ao ar ambiente, os dispositivos pristinos deixaram totalmente de operar, enquanto os dispo-sitivos com QDs apresentaram uma PCE 12 % superior à inicial, isto é, 2.28 %.
Descrição
Palavras-chave
Photovoltaics Wide-bandgap perovskite solar cells PbS quantum dots Air-processing Enhanced stability