Estrategias para mejorar la eficiencia y estabilidad de dispositivos solares basados en Perovskitas híbridas

Abstract

Este trabajo de Tesis Doctoral trata de la síntesis de perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas de halogenuros metálicos, así como de la fabricación de dispositivos fotovoltaicos basados en las mismas y su posterior caracterización. A lo largo de este trabajo se desarrollan tres estrategias destinadas a aumentar la estabilidad intrínseca de las perovskitas con el objetivo de mejorar la estabilidad y el rendimiento fotovoltaico de las células solares. La primera de ellas es conocida como ingeniería composicional, en la que se sustituye parcialmente el catión metilamonio (MA) de la perovskita tridimensional MAPbI3 por los cationes guanidinio (Gua) y cesio (Cs). La segunda estrategia consiste en la síntesis de perovskitas de baja dimensión, concretamente perovskitas híbridas quasi-bidimensionales tipo Ruddlesden-Popper. Por último, y como tercera estrategia, se considera la pasivación a partir de diferentes compuestos como moléculas orgánicas voluminosas que forman perovskitas de baja dimensión tipo Dion-Jacobson, nanopartículas plasmónicas de oro recubiertas por una capa de SiO2, y el oligosacárido β-(1,4) celulosa. Como prueba de concepto, se han fabricado diodos emisores de luz (LEDs) basados en determinadas configuraciones de perovskitas, persiguiendo el mismo objetivo que para las células solares.

The work carried out in this Doctoral Thesis deals with the synthesis and characterization of the hybrid organic-inorganic metal halide perovskites, as well as the fabrication of photovoltaic devices based on those materials. Throughout this work, three strategies are developed to increase the intrinsic stability of halide perovskites and therefore the stability and photovoltaic performance of their solar cells. The first one is known as compositional engineering, in which the methylammonium (MA) cation is partially replaced in the three-dimensional MAPbI3 perovskite by the guanidinium (Gua) and cesium (Cs) cations. The second strategy consists of the synthesis of low-dimensional perovskites, specifically quasi-two-dimensional Ruddlesden- Popper perovskites. Finally, as the third strategy, passivation is considered using different compounds such as voluminous organic molecules that form low-dimensional perovskites of the Dion-Jacobson type, plasmonic gold nanoparticles coated with a layer of SiO2, and the β-(1,4) cellulose oligosaccharide. As a proof of concept, light-emitting diodes (LEDs) based on specific perovskite configurations have been fabricated, aiming for the same objective as in solar cells.