Investigação de processos de recombinação de cargas em células solares de perovskitas
| Ano de defesa: | 2023 |
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Investigação de processos de recombinação de cargas em células solares de perovskitasCÉLULAS SOLARES DE PEROVSKITAESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICARECOMBINAÇÃO DE CARGASDIFUSÃO DE PORTADORES DE CARGAENERGIA RENOVÁVELCONVERSÃO DE ENERGIA SOLARPEROVSKITE SOLAR CELLSELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPYCHARGE RECOMBINATIONCHARGE CARRIER DIFFUSIONRENEWABLE ENERGYENERGY CONVERSIONPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS - UFABCOrientador: Prof. Dr. André Sarto PoloCoorientador: Prof. Dr. Daniel Zanetti de FlórioDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2023.A crescente busca global por tecnologias capazes de gerarem energia de forma limpa, renovavel e sustentavel passou a direcionar o foco de pesquisas para materiais e dispositivos capazes de atender estas necessidades. As celulas solares de perovskitas tem atraido muita atencao devido a sua alta eficiencia de conversao de luz em eletricidade, chegando atualmente a 25,7%, e baixo custo. Entretanto, processos eletronicos e eletroquimicos como recombinacao, movimentacao e acumulo de portadores de cargas nas interfaces das celulas solares, afetam diretamente sua eficiencia e estabilidade a longo prazo. Para a compreensao destes processos, a Espectroscopia de Impedancia Eletroquimica (EIE) mostra-se como uma ferramenta importante. Este trabalho insere-se neste contexto ao preparar celulas solares de perovskita que apresentam resultados fotovoltaicos reprodutiveis. Os parametros fotovoltaicos determinados ao longo do tempo foram compilados e observou-se uma tendencia de aumento da eficiencia e da reprodutibilidade dos resultados. Foi possivel obter uma celula solar com o maior valor de eficiencia registrado no laboratorio (PCE = 18,6%). Experimentos de EIE no escuro e sem polarizacao determinaram uma regiao pseudo-linear com potencial de perturbacao de 10 mV, como permitiram identificar processos de difusao de ions. As PSCs modificadas de MAPbI3 (MA = CH3NH3PbI3) e MAFAPbI3 (FA = (CH(NH2)2)) foram analisadas pela EIE sob iluminacao e polarizadas pelo potencial de VOC. Com os diagramas de Nyquist foram propostos circuitos equivalentes que forneceram informacoes dos processos fisicos que ocorrem nas regioes de altas e baixas frequencias. Com as resistencias e capacitancias, calculou-se as constantes de tempo dos processos referentes a estas regioes. Tais PSCs apresentam constantes de tempo na regiao de alta frequencia de 17,7 e 12,8 ƒÊs, respectivamente. Estes resultados representam processos de recombinacao e transferencia de cargas nas interfaces das PSCs. A regiao de baixa frequencia apresenta constantes de tempo de 107,5 e 301,3 ms, relacionados a processos de movimentacao de ions, gerando defeitos e regioes de recombinacao de cargas.The global search for technologies capable of generating energy in a clean, renewable, and sustainable way has been increasing and shifted the research focus to materials and devices capable of meeting these needs. Perovskite solar cells have attracted much attention due to their high light-to-electricity conversion efficiency, reaching 25.7% nowadays and low cost. However, electronic and electrochemical processes such as recombination, movement, and accumulation of charges and ions at solar cell interfaces directly affect their efficiency and long-term stability. A crucial tool to understand these processes is Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). This work inserts this context by preparing perovskite solar cells with reproducible photovoltaic results. The compiled photovoltaic parameters determined over time showed a trend of increasing efficiency and reproducibility of the results. It was possible to obtain a solar cell with the highest efficiency value recorded in the laboratory (PCE = 18,6%). EIS experiments under dark conditions and with no bias polarization determine a pseudo-linear region of 10 mV, in addition to allowing the identification of ion diffusion processes in the solar cell. The modified PSCs with MAPbI3 (MA = CH3NH3PbI3) and MAFAPbI3 (FA = (CH(NH2)2)) perovskite layers were analyzed by EIS under illumination and applied a bias potential as VOC. With the Nyquist diagrams, equivalent circuits were proposed that provided information on the physical processes that occur in the high and low frequencies regions. The time constants of the processes were calculated with the resistances and capacitance values. Such PSCs present high-frequency region time constants of 17.7 and 12.8 ìs, respectively. These results represent recombination and charge transport processes at PSCs interfaces. The low-frequency region presents time constants of 107.5 and 301.3 ms, related to ion movement, generating defects, and charge carrier recombination sites.Polo, André SartoFlorio, Daniel Zanetti deDalpian, Gustavo MartiniFreitas, Jilian Nei deSouto, Lucas Polimante2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf168 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=124789http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=124789&midiaext=80992Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=124789porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-09-01T17:11:24Zoai:BDTD:124789Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2023-09-01T17:11:24Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false |
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