VAN DER VELDEN, CORNELIS JOHANNES MARIA
Development of organic materials for interfaces in perovskite solar cells [Tesi di dottorato]
Politecnico di Milano, 2017-03-29

A causa dei costi di produzione relativamente alti delle celle solari convenzionali, l'interesse in tecnologie alternative, basate su materiali ampiamente disponibili e dai costi di produzione minori, sta progressivamente salendo. Questo ha portato allo sviluppo di svariati sistemi, quali le Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC o celle di Gratzel) e, più recentemente, le celle solari a perovskite. L'attività di ricerca iniziale di questo lavoro di dottorato si è concentrata sulle DSSC, in particolare sullo sviluppo di pigmenti organici dalle caratteristiche di base di Lewis, dotate di un legante piridile, come presentato in Appendice A. Tuttavia, gli sviluppi nel campo delle DSSC e la sostituzione dei pigmenti organici con perovskiti ibride (catione organico, anione alogeno inorganico), hanno portato ad un nuovo tipo di celle solari, che con un'efficienza di conversione, allo stato dell'arte, del 22.1% si pongono come una valida alternativa alle celle solari convenzionali basate sul silicio. Nonostante queste perovskiti ibride siano una classe di materiali foto-assorbenti molto promettente, la loro commercializzazione è ostacolata dall'isteresi del materiale nella cella e dalla sua instabilità sul lungo termine. Nelle celle solari le interfacce giocano un ruolo molto importante nei processi di degradazione della perovskite ed infatti uno degli approcci per prolungare la stabilità dei dispositivi è proprio la modifica di tali interfacce. In questo lavoro viene presentata la modifica di diverse interfacce delle celle solari a perovskite allo scopo di incrementarne l'efficienza di conversione e la stabilità. Modifiche dello strato di TiO2 con derivati fullerenici si sono dimostrate efficaci sia nell'incrementare l'efficienza di conversione che nel migliorare la stabilità elettrica del dispositivo. In questo contesto presentiamo la modifica dello strato di TiO2 mediante l'introduzione di una funzione [6,6]-fenil-C61-butirrico stiril dendron estere (PCBSD) termicamente crosslinkabile, la quale forma un sottile strato solvente-resistente che funge anche estrattore di elettroni. Inoltre mostriamo come nei dispositivi con PCBSD il VOC sia più elevato rispetto ai dispositivi che hanno uno strato estrattore di elettroni (EEL) composto dal comunemente usato [6,6]-fenil-C61-butirrico metil estere (PCBM). In aggiunta, presentiamo un metodo alternativo di crosslink del PCBSD basato sul trattamento UV, il quale permette di processare a temperature più basse sia le celle solari a perovskite che altri dispositivi opto-elettronici. Ciò non solo porta alla riduzione dei costi di produzione di questi dispositivi, ma rende anche possibile l'utilizzo di substrati flessibili per la loro realizzazione. A tale proposito mostriamo la sintesi e il crosslink di [6,6]-fenil-C61-butirrico 1,4-pentadien dendron estere tramite trattamento UV in presenza di un fotoiniziatore. Infine, è noto come i siti di difetto che si formano nella struttura della perovskite, durante la cristallizzazione o a causa di processi di degradazione, siano una delle cause dell'instabilità elettrica delle celle solari a perovskite. In letteratura sono stati riportati svariati metodi di passivazione dei siti di difetto sulla superficie della perovskite. In questo lavoro riportiamo inoltre un metodo di passivazione della perovskite nelle celle ad architettura invertita, utilizzando come leganti diverse basi di Lewis funzionalizzate con trifenilammina, assieme all'analisi dell'interazione tra il materiale passivante e la perovskite, soffermandosi anche sugli effetti sulle performance dei dispositivi.

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BERTARELLI, CHIARA
BERTARELLI, CHIARA
ING-IND/22 - SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI


Tesi di dottorato. | Lingua: en. | Paese: | BID: TD17091121