Estudio de perovskitas organo-inorgánicas empleadas para la generación de energía fotovoltaica

Abstract

En esta tesis se abrió una nueva línea de trabajo en el Laboratorio de Física de Semiconductores del IFIS Litoral, enfocada al estudio de materiales híbridos que dieron lugar a una nueva generación de celdas solares, potencialmente de bajo costo y altas eficiencias. Dichos materiales son las perovskitas organo-inorgánicas de haluros de plomo (POIHP). Se comenzó estudiando la síntesis de películas de POIHP por el método de centrifugado desde una solución precursora. Una vez obtenidas películas de una calidad adecuada, se las caracterizó ópticamente con medidas de reflectancia y transmitancia, proponiendo una metodología experimental de baja complejidad con gran potencialidad para dar información de: constantes ópticas, espesor y rugosidad de las películas. Así mismo se propuso un método novedoso para el estudio de la estabilidad bajo condiciones de iluminación ultravioleta que permitió definir la susceptibilidad a la degradación de las películas. Como estudio eléctrico se realizaron medidas de conductividad y fotoconductividad en las películas con contactos coplanares e interdigitados. Se propusieron modelos que expliquen los grandes tiempos transitorios que demuestran estos materiales. Por otro lado, se estudió uno de los fenómenos singulares de estos materiales: su enorme capacidad a bajas frecuencias en medidas de espectroscopía de impedancia. Para ello se propuso un experimento que permitió dar evidencias a favor de una de las dos hipótesis más debatidas en la literatura. Finalmente, se abordó la fabricación de celdas solares de perovskitas y su estudio por medidas de eficiencia de conversión de la energía y con medidas de eficiencia cuántica externa.

In this thesis, a new research line was opened in the Semiconductor Physics Laboratory of IFIS Litoral, focused on the study of hybrid materials that gave rise to a new generation of solar cells, which is potentially low cost and high efficiencies. Such materials are organo-inorganic lead halide perovskites (POIHP). We began studying the synthesis of POIHP films by the spin-coating method from a precursor solution. Once films of adequate quality were obtained, they were optically characterized with reflectance and transmittance measurements, proposing an experimental methodology of low complexity with great potential to provide information on: optical constants, thickness and roughness of the films. Likewise, a novel method was proposed for the study of stability under ultraviolet lighting conditions that allowed defining the susceptibility to degradation of the films. As an electrical study, conductivity and photoconductivity measurements were performed on films with coplanar and interdigitated contacts. Models were proposed to explain the great transitory times that these materials demonstrate. On the other hand, one of the unique phenomena of these materials was studied: their huge capacitance at low frequencies in impedance spectroscopy measurements. For this, an experiment was proposed that allowed to provide evidence in favor of one of the two most debated hypotheses in the literature. Finally, the manufacture of perovskite solar cells and their study by energy conversion efficiency measures and external quantum efficiency measures were addressed.