Orientadores: Vitor Baranauskas, Ana Flavia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:11:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valente_GustavoMonteirodaSilva_M.pdf: 2272217 bytes, checksum: c82b3f59d489a35f76f4e4d2a2263828 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Novas fontes de energia limpa de baixo custo devem ser obtidas nas próximas décadas para sustentar o consumo de energia mundial e manter o meio-ambiente livre de gases de efeito estufa. Enquanto células solares inorgânicas são uma fonte limpa de energia, essa tecnologia é restrita devido a seu alto custo de produção. Células solares orgânicas têm sido desenvolvidas para solucionar este problema, pelo menos para dispositivos pequenos, isto é, para aplicações de baixa corrente. Recentemente novos materiais tal como polímeros condutores e nanotubos de carbono vêm sendo utilizados em células solares orgânica de heterojunção. Uma célula solar eficiente deve absorver toda (ou boa parte) da luz solar e gerar e transportar portadores de carga livre para seus eletrodos para assim produzir corrente elétrica e um potencial interno. Neste trabalho usamos o polímero poli[2-methoxy-5-[(3,7-dimethyloctyloxy) phenylene vinylene] (MDMO-PPV) como material absorvedor e transportador de buracos e nanotubos de carbono para dissociação do exciton e tranporte de elétrons. A morfologia e foto-fisica das células, bem como a caracterização do dispositivo é estudada. / Abstract: New sources of low cost and clean energy must be achieved in the coming decades to sustain world consumption while also keeping the environment free of green house gases. While inorganic solar cells are a source of clean energy, they are plagued by high production costs. Organic solar cells have been developed as a solution to this problem as a means to harvest light while keeping production costs low. Recently, new materials such as conductive polymers, carbon nanotubes (CNT) and fullerenes have been utilized in bulk heterojunction organic solar cells1,2. Increasing the effi-ciency of these organic solar cells is crucial for them to become economically viable. An efficient solar cell must harvest all the possible light from the Sun and produce and transport free charges carriers to their electrodes to produce electrical current with a built-in potential. In this work we use a poly[2-methoxy-5-[(3,7-dimethyloctyloxy) phenylene vinylene] (MDMO-PPV) as the absorption and hole transport material and CNT for exciton dissociation and electron transport. The morphology and photophysics of the films, as well as the characteristic J-V curves for the devices were obtained. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Ana Flávia Nogueira, Teresa Dib Zambon Atvars / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:00:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_JoaoPaulodeCarvalho_M.pdf: 2190959 bytes, checksum: a321ebe05ad04c15ea1e77782b12c743 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Células solares orgânicas apresentam-se como uma alternativa promissora para conversão de energia solar. Muitos desses dispositivos são produzidos pela mistura de um polímero condutor e um derivado fulereno. O polímero condutor atua como absorvedor de luz, doador de elétrons e transportador de buracos, enquanto o fulereno atua como transportador e aceitador de elétrons. Esses dispositivos destacam-se pela possibilidade de deposição em substratos flexíveis, transparência, diversidade em cores e uso de materiais recicláveis, além do baixo custo. No entanto, células solares orgânicas apresentam baixa mobilidade de carga e absorção em pequena faixa espectral da energia solar quando comparadas aos dispositivos fotovoltaicos baseados em semicondutores inorgânicos. A adição de CdSe ao sistema P3HT/PCBM promoveu o decréscimo na eficiência e fotocorrente dos dispositivos. Esses resultados são diferentes dos observados para o sistema PFT/PCBM, previamente reportado. A diferença observada para os dispositivos com os polímeros P3HT e PFT foram associados com as diferentes interações polímero-nanopartícula, como evidenciado pelas medidas de absorção e emissão e pelos espectros de RMN. A elevada concentração de tiofeno no P3HT pode contribuir fortemente na formação de um complexo entre polímero e CdSe e na desativação do processo de transferência de elétrons entre polímero e PCBM. Para investigar um possível efeito de morfologia pela introdução de CdSe ao sistema P3HT/PCBM, foram obtidas imagens de microscopia de força atômica e microscopia óptica. Há um aumento da rugosidade e tamanho de grãos do sistema com o acréscimo de nanopartículas de CdSe, que pode inibir o processo de separação de cargas e de formação de redes de percolação / Abstract: Organic solar cells are presented as a promising alternative for solar energy conversion. Many of these devices are produced by mixing a conductive polymer and a fullerene derivative. The conducting polymer acts as a light absorber, electron donor and hole transporter, while the fullerene acts as acceptor and electron shuttle. These devices call attention due to the possibility to produce flexible solar cells with high transparency and different colors, allied to the use of recyclable materials and low cost. However, organic solar cells have lower charge mobility and narrower spectral range absorption of solar energy compared to inorganic-based photovoltaic devices. The addition of CdSe to the P3HT/PCBM system promoted the decrease in efficiency and photocurrent of the devices. These results are different from those observed for the PFT/PCBM system, previously reported. The difference observed for the devices with P3HT and PFT was associated with different polymer-nanoparticle interactions, as evidenced by absorption and emission measurements. The high concentration of thiophene in P3HT contributes in the formation of a complex between polymer-CdSe and the deactivation of the electron transfer process between the polymer and PCBM. To investigate the possible contribution of a morphological effect induced by CdSe in P3HT/PCBM system, Atomic Force Microscopy (AFM) images were obtained. There is an increase of roughness and grain size of the system with the addition of CdSe nanoparticles, which can inhibit the charge separation process and formation of percolation networks / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientador: Ana Flavia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T14:27:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_FlavioSantos_M.pdf: 1335737 bytes, checksum: 43bb80b2fab0adc9d9092583a0f45e94 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foram investigados eletrólitos poliméricos baseados em poli(óxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etilglicidiléter) - P(EO-EM) com adição do oligômero dibenzoato de etileno-glicol (DIB)/LiI/I2 e poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno) - P(EO-PO), com adição do líquido iônico iodeto de 1-metil-3- propilimidazólio (MPII)/I2 (com e sem a presença de LiI), visando a aplicação em células solares de TiO2/corante. Os eletrólitos foram caracterizados por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (H RMN) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Para o sistema P(EO-EM)/DIB, os estudos realizados por DSC e FTIR mostraram alta homogeneidade entre os componentes, com evidências de coordenação de sal no copolímero e no oligômero. Nas medidas de condutividade iônica, verificou-se saturação em ~10 S cm a partir de 10 % de LiI para todas as proporções de PEO-EM/DIB. Como conseqüência, a aplicação de eletrólitos com 20 % de LiI apresentou resultados bem similares, independente da proporção de DIB no sistema, indicando que os processos cinéticos relacionados ao transporte de carga são diferentes dos eletrólitos géis reportados na literatura, não sendo verificada mudança no potencial de circuito aberto (VOC) dos dispositivos. Para o sistema P(EO-PO)/MPII, as análises por DSC, FTIR e H RMN evidenciaram interações entre o oxigênio do copolímero e o hidrogênio do cátion imidazólio, possibilitando aumento na difusão do par I /I3 (estimado em 1,9x 10 cm s para o eletrólito com 70 % de MPII). A maior condutividade iônica foi obtida para o eletrólito com 70 % de MPII (2,4 x 10 S cm), possibilitando a montagem de células solares com eficiência de 5,66 %. Para todos os dispositivos, a presença de íons I3 promoveu aumento nas reações de recombinação, observando-se valores menores para o VOC com o aumento da concentração de MPII nos eletrólitos. Após a adição de LiI, não foram observadas melhores eficiências em comparação aos dispositivos montados sem a adição do sal. Esses resultados indicam que eletrólitos poliméricos baseados na combinação de polímero e líquido iônico consistem em sistemas promissores para aplicação em células solares. / Abstract: New polymer electrolytes based on poly(ethylene oxide-co-2-(2- methoxyethoxy)ethylglycidylether) - P(EO-EM) with addition of the oligomer ethyleneglycol dibenzoate (DIB)/LiI/I2, and poly(ethylene oxide-co-propylene oxide) - P(EO-PO) with addition of the ionic liquid 1-methyl-3-propylimidazolium (MPII)/I2 (with and without LiI) were investigated in this work aiming at the application in dye-sensitized solar cells. The electrolytes were characterized using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Ressonance (H NMR) and Complex Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). For the P(EO-EM)/DIB system, the DSC and FTIR measurements revealed a homogeneous mixture, with evidence of coordination of the salt with both the copolymer and the oligomer. The ionic conductivity measurements presented saturation in ~10 S cm for samples containing at least 10 % of LiI, for all P(EO-EM)/DIB concentration ratios. As consequence, the solar cells assembled with electrolytes containing 20 % of LiI presented similar performance, regardless of the DIB concentration, indicating that the kinetic processes related to the charge transport in these systems are different from those usually observed for gel electrolytes (which cause changes in the open circuit potential, VOC, of the devices). For the P(EO-PO)/MPII system, the DSC, FTIR and HNMR measurements revealed the presence of interactions between the oxygen atoms in the copolymer and the hydrogen atoms from the imidazolium cation, which increased the diffusion of the I/I3 redox couple (estimated to be 1,0 x 10 cm s for the electrolyte containing 70 % if MPII). The highest ionic conductivity was observed for the electrolyte containing 70 % of MPII (2,4 x 10 S cm), leading to the assembly of solar cells with 5,66 % of efficiency. In all the devices assembled, the presence of I3 ions leads to an increase of the recombination reactions, thus reducing the VOC values. This effect is more pronounced for higher concentrations of MPII in the electrolyte. After addition of LiI to these systems, no improvements in the device efficiency were observed. These results show that polymer electrolytes based on the mixture of polymer and ionic liquids are very promissing systems for application in solar cells. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientador: Ana Flavia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T13:13:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Conturbia_GiovannideLimaCabral_M.pdf: 7472586 bytes, checksum: 9ede857037431127443d2bed95bd1ccc (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo:Células solares orgânicas têm despertado atenções devido ao baixo custo de produção e dos materiais utilizados, bem como devido à versatilidade química e de propriedades eletrônicas e ópticas dos semicondutores orgânicos. A eficiência atual atinge 5% (100 mWcm). Nanotubos de carbono encontram suas aplicações nessas células ora como eletrodos transparentes ora como material receptor de elétrons. Nesse trabalho, foi realizada a modificação química de nanotubos de carbono de única camada com grupos tióis, visando a incorporação de nanopartículas metálicas ou semicondutoras. O material de partida, bem como os nanotubos modificados, foi caracterizado por Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Fotoelétron por Raios-X, Análise Térmica e Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução. Foi necessário um pós-tratamento (térmico e lavagens com diversos solventes) para que pudéssemos obter nanotubos individuais e funcionalizados. O pós-tratamento também possibilitou um aumento na fotocorrente dos dispositivos em comparação com o dispositivo sem nanotubos de carbono. A incorporação de nanopartículas de ouro no sistema P3HT/fulereno acresceu a fotocorrente e o fator de preenchimento dos dispositivos. Estudos de caracterização através de difração de raios-X, espectroscopia UV-visível e microscopia de força atômica, indicam que esse aumento está relacionado a uma mudança na morfologia do sistema, aumentando a cristalinidade do polímero e também ao efeito plasmônico com a adição das nanopartículas. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão revelaram que as nanopartículas de ouro estão distribuídas tanto na fase polimérica quanto na fase contendo moléculas de fulereno / Abstract: Organic solar cells have attracted attention due to their low costs of production and materials used, as well as the chemical versatility and good electronic and optical properties of organic semiconductors. The current efficiency reaches 5% (100 mWcm). Carbon nanotubes materials can be applied in these cells as both transparent electrode or as electron acceptor materials. In this work, the chemical modification of single wall carbon nanotubes was carried out attaching thiol groups, aiming the incorporation of semiconductor or metallic nanoparticles. The raw material and the modified nanotubes were characterized by Raman Spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Thermal Analysis and High Resolution Transmission Electron Microscopy. A post-treatment (thermal and washing with different solvents) was necessary in order to obtain single functionalized nanotubes. The post-treatment also allowed an increase in the photocurrent of the devices compared to the device without carbon nanotubes. The incorporation of gold nanoparticles in the P3HT/fullerene system increased the photocurrent and the fill factor of the devices. X-Ray diffraction, UV-vis Spectroscopy and Atomic Force Microscopy studies reveal that such increase can be related to the plasmonic effect and also to a change in the morphology, increasing polymer crystallinity after incorporation of the gold nanoparticles. High resolution transmission microscopy images showed that the nanoparticles are distributed between both polymer and fullerene phase. / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

The improvement of low cost, efficient photovoltaic devices is a leading technological challenge in the recent decade. There is a need to develop scalable and high-throughput manufacturing techniques that could reduce costs and improve manufacturing of chalcogenide solar cells. Copper, indium, gallium, and selenium (CIGS) Thin films polycrystalline heterojunction solar cells appear to be most appropriate with to cost and ease of manufacture. Currently Cu (In,Ga) (Se, S)2 materials hold the highest record cell efficiency of 22.3% in laboratory scale for thin films solar cells and the efficiency still be boosted by improving the different layers of the photovoltaic devices. CIGS chalcogenide absorber layers has been a leading candidate material in photovoltaic devices for thin films solar cells and space applications due to its unique optical-electronic properties as well as its radiation resistance. In the present work, thin films of Cu (In, Ga) (Se, S)2 were deposited at room temperature on glass substrates coated with ITO and Mo by electrodeposition techniques. The obtained polycrystalline thin films were characterized by UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis. Thin films of Cu (In, Ga) (Se, S)2 grown by electrodeposition were subsequently processed into several sets of conditions including vacuum heat treatment, heat treatment in the presence of selenium or sulfur, heat treatment in nitrous gas atmosphere (N2H2) at different temperature and processing times. To improve the composition and the crystalline structure of the thin layers and to optimize the electro-optical properties a heat treatment of the thin films was developed in two stages after the electrodeposition. It was observed that the first annealing step (heating treatment at 450 °C in a selenium atmosphere 40 minutes) produced an appreciable improvement in the crystalline structure in the thin layer composition. In a second stage a sulfurization of the CuGaSe2 films was performed at 400 °C for 10 min in the presence of molecular sulfur and under the forming gas atmosphere. The effect of sulfurization was the complete conversion of selenium to sulfur and, therefore, the transformation of CuGaSe2 into CuGaS2. The formation of CuGaS2 thin films was evidenced by the by the displacement of the diffraction peaks of the CuGaSe2 towards higher angles to which makes the X-Ray diffraction 18 pattern which makes it coincide with the diffraction pattern of the CuGaSe2 films, and by the shift towards the blue (higher energies) of the optical gap. The optical gap found for the CuGaSe2 layer was 1.66 eV, while the optical gap for the CuGaS2 was raised up to 2.2 eV. CdS thin films have been widely used as buffer layer in CIGS solar cells. However, when alloyed with Zn, ZnCdS can still improve its performance as buffer layer. ZnCdS can be used as buffer and as window material in photoconductive devices and in heterojunction thin film solar cells due the possibility to tune the bandgap with the content of Zn. The band spacing of this ternary material can be from 2.42 to 3.50 eV, depending on the Cd/Zn ratio. / La obtención de dispositivos fotovoltaicos más eficientes y de bajo coste es uno de los desafíos tecnológicos más importantes de las últimas décadas. Existe la necesidad de desarrollar técnicas de fabricación escalables y de alto rendimiento que puedan reducir los costos y mejorar la fabricación de células solares de capa fina. Las células solares de heterounión de capas finas de seleniuro (o sulfuro) de cobre, indio y galio (CIGS) parecen estar bien adaptadas lograr este reto debido a su bajo costo, facilidad de fabricación y elevado rendimiento de los dispositivos. En la actualidad, Cu(In, Ga)Se2 ostenta el record de eficiencia de células solares con 22,3% a escala de laboratorio y esta eficiencia todavía puede ser acrecentada si se mejoran las diferentes capas de los dispositivos fotovoltaicos. Además, las capas absorbedoras de calcogenuros CIGS son un material candidato importante en dispositivos fotovoltaicos para capas delgadas celdas solares para aplicaciones espaciales debido a sus propiedades electrónicas, así como a su resistencia a la radiación. En el presente trabajo, las películas delgadas de Cu(In, Ga)(Se, S)2 se depositaron a temperatura ambiente sobre sustratos de vidrio recubiertos con ITO y Mo mediante técnicas electroquímicas. Las películas finas policristalinas obtenidas se caracterizaron por espectroscopia óptica UV-Vis, difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia de energía dispersiva (EDS). Las películas finas de Cu(In, Ga)(Se, S)2 crecidas por electrodeposición se procesaron posteriormente en varios conjuntos de condiciones que incluían tratamiento térmico en vacío, tratamiento térmico en presencia de selenio o de azufre, tratamiento térmico en atmósfera gas nidrón (N2H2) a diferentes temperaturas y tiempos de procesado. Para mejorar la composición y la estructura cristalina de las capas finas y para optimizar las propiedades electro-ópticas se desarrolló un tratamiento térmico de las películas finas en dos etapas posterior a la electrodeposición. Se observó que la primera etapa de recocido (tratamiento térmico a 450 ºC en una atmósfera de selenio durante 40 minutos) producía una mejora apreciable en la estructura cristalina y en la composición de la capa fina. 20 En una segunda etapa se realizó una sulfuración de las películas de CuGaSe2 se realizó a 400 °C durante 10 min en presencia de azufre molecular y bajo la atmósfera reductora de gas nidrón. El efecto de la sulfuración fue la completa conversión del selenio en azufre y, por tanto, la transformación de CuGaSe2 en CuGaS2. La formación de películas delgadas de CuGaS2 se evidenció por el desplazamiento de los picos de difracción de las capas de CuGaSe2 hacia ángulos más altos hasta lo que hace que el patrón de difracción de rayos X lo que hace que coincida con el patrón de difracción del CuGaS2 y por el desplazamiento hacia el azul (energías más altas) del gap óptico. El gap óptico encontrado para las capas de CuGaSe2 era de 1,66 eV, mientras que el gap óptico para las capas de CuGaS2 se elevó hasta 2,2 eV. Las películas delgadas de CdS se han utilizado ampliamente como capa tampón en células solares CIGS. Sin embargo, cuando se alea con Zn, para formar el ternario ZnCdS, todavía puede mejorar su rendimiento como capa buffer. ZnCdS puede utilizarse como tampón y como ventana óptica en dispositivos fotoconductores y en células solares de capa fina de heterounión debido a la posibilidad de ajustar el bandgap con el contenido de Zn. / L'obtenció de dispositius fotovoltaics més eficients i més barats és un dels reptes tecnològics més importants de les últimes dècades. Hi ha la necessitat de desenvolupar tècniques de fabricació que siguen escalables i d'alt rendiment i que permeten reduir els costos de fabricació i millorar el rendiment de les cèl·lules solars de capa fina. Les cèl·lules solars de heterounió de capes fines de seleniur (o sulfur) de coure, indi i gal·li (CIGS) semblen estar ben adaptades per assolir aquest repte degut a del seu baix cost, facilitat de fabricació i elevat rendiment dels dispositius. En l'actualitat, el Cu(In, Ga)Se2 ostenta el rècord d'eficiència de cèl·lules solars amb 22,3% a escala de laboratori i aquesta eficiència encara pot ser augmentada si es milloren les característiques de les diferents capes dels dispositius fotovoltaics. Les capes absorbidores de calcogenurs CIGS són un candidat important per dispositius fotovoltaics per a pel·lícules primes en cel·les solars i aplicacions espacialles degut a les seues propietats electròniques així com a la seua resistència a la radiació. En el present treball, les pel·lícules primes de Cu(In, Ga)(Se, S)2 es van dipositar a temperatura ambient sobre substrats de vidre recoberts amb ITO i Mo mitjançant tècniques electroquímiques. Les pel·lícules fines policristal·lines obtingudes es van caracteritzar per espectroscòpia òptica UV-Vis, difracció de raigs X (XRD), microscòpia electrònica de rastreig (SEM), microscòpia de força atòmica (AFM), microscòpia electrònica de transmissió (TEM) i espectroscòpia d'energia dispersiva (EDS). Les pel·lícules fines de Cu(In, Ga)(Se, S)2 crescudes per electrodeposició es van processar posteriorment en diversos conjunts de condicions que incloïen tractament tèrmic en buit, tractament tèrmic en presència de seleni o de sofre, tractament tèrmic en atmosfera reductora de gas nidró (N2H2) a diferents temperatures i temps de processat. Per millorar la composició i l'estructura cristal·lina de les capes fines i per optimitzar les propietats electro-òptiques es va desenvolupar un tractament tèrmic de les pel·lícules fines en dues etapes posterior a la electrodeposició. Es va observar que la primera etapa de recuit (tractament tèrmic a 450 º C en una atmosfera de seleni durant 40 minuts) produïa una millora apreciable en l'estructura cristal·lina i en la composició de la capa fina. 24 En una segona etapa es va dur a terme una sulfuració de les pel·lícules de CuGaSe2 que es va realitzar a 400 °C durant 10 min en presència de sofre molecular i sota l'atmosfera reductora de gas nidró. L'efecte de la sulfuració va ser la completa conversió seleni en sofre i, per tant, la transformació de CuGaSe2 a CuGaS2. La formació de pel·lícules primes de CuGaS2 es va evidenciar pel desplaçament dels pics de difracció de les capes de CuGaSe2 cap angles més alts fins el que fa que el patró de difracció de raigs X el que fa que coincideixi amb el patró de difracció del CuGaS2 i pel desplaçament cap al blau (energies més altes) del gap òptic. El gap òptic trobat per a les capes de CuGaSe2 era de 1,66 eV, mentre que el gap òptic per a les capes de CuGaS2 es va elevar fins a 2,2 eV. Les pel·lícules primes de CdS s'han utilitzat àmpliament com a capa amortidora en cèl·lules solars de CIGS. No obstant això, quan s'alea amb Zn per formar ZnCdS encara pot millorar el seu rendiment com a capa d'amortiment. ZnCdS pot utilitzar-se com capa tampó i com a finestra òptica en dispositius fotoconductors i en cèl·lules solars de pel·lícula fina d'heterounió degut a la possibilitat d'ajustar el seu bandgap que depoen del contingut de Zn. / Ullah, S. (2017). THIN FILM SOLAR CELLS BASED ON COPPER-INDIUMGALIUM SELENIDE (CIGS) MATERIALS DEPOSITED BY ELECTROCHEMICAL TECHNIQUES [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86290 / TESIS

[ES] Las perovskitas orgánicas-inorgánicas de haluros de metilamonio y plomo y sus mezclas han mostrado propiedades optoelectrónicas óptimas como absorbente ideal para aplicaciones fotovoltaicas. Los dispositivos solares basados en perovskita han evolucionado rápidamente, desde una eficiencia del 3.9% en 2009, al 22.7% en 2017 y con un coste de fabricación más bajo que las células solares de silicio. Una desventaja del uso de absorbentes de perovskita en dispositivos fotovoltaicos es su baja estabilidad. Las células con un alto rendimiento, pierden su eficiencia y se degradan rápidamente. Para poder producir estos materiales industrialmente es necesario realizar estudios en profundidad que mejoren la eficiencia y estabilidad. Una vía de mejora es la ingeniería composicional, estrategia que hemos empleado en la elaboración de esta tesis y que consiste en la investigación y mejora de las propiedades optoelectrónicas y morfológicas, derivadas de la sustitución y/o combinación de cationes y aniones, que constituyen el material de perovskita. Se sintetizaron polvos puros de perovskita de I, Br, Cl, a partir de los cuales se prepararon capas puras y mixtas MAPbX3-xYx, con el objetivo de mejorar sus propiedades optoelectrónicas y estructurales. Los análisis de difracción de rayos X mostraron las propiedades estructurales de los polvos cristalinos y capas puras y mixtas. Los análisis de UV-vis y fotoluminiscencia mostraron que el rango de absorción varía a lo largo del espectro visible en función del contenido del haluro en las capas. Los análisis de fotoluminiscencia y calorimetría diferencial de barrido muestran los cambios de fase de las perovskitas puras a distintas temperaturas, coincidiendo dichos cambios en ambos análisis. El análisis FESEM de las perovskitas puras mostró las diferencias morfológicas entre los polvos y capas. Siguiendo esta línea de investigación, se estudiaron con más detalle las perovskitas mixtas de yodo-bromo, con un contenido de bromo de hasta el 33%, consiguiendo ajustar el bandgap para evitar pérdidas en la absorción y mejorar las propiedades optoelectrónicas, estructurales y morfológicas. A pesar de las buenas propiedades optoelectrónicas de las perovskitas de metilamonio, el catión orgánico disminuye su estabilidad, lo que llevó a investigar otros cationes inorgánicos. Las perovskitas de cesio son una alternativa prometedora, y por esta razón hemos sintetizado capas finas de perovskitas de cesio mixtas, CsPbBr3-xIx, para determinar los efectos que produce la sustitución parcial del yodo en las propiedades físicas y la estabilidad. Se obtuvieron capas con una buena resistencia a la humedad y temperatura, favoreciendo su aplicación en el campo fotovoltaico. Se ha estudiado la sustitución parcial del catión de metilamonio con otros cationes orgánicos, como el guanidinio e imidiazolio. Se demostró que pequeñas cantidades de guanidinio mejoran la estabilidad de las capas y su morfología. Se estableció el límite de solubilidad del guanidinio en el 20%, aproximadamente, y se determinó la estructura cristalina de las mezclas. La intensidad del pico de fotoluminiscencia aumentó para mezclas por debajo del límite de solubilidad. Se obtuvieron resultados similares para la sustitución del metilamonio con pequeñas cantidades de imidazolio. Los análisis de rayos X establecieron el límite de solubilidad en aproximadamente el 10% y una mejora en la cristalinidad. Los resultados de fotoluminiscencia sugieren que pequeñas cantidades de imidazolio reducen significativamente las recombinaciones no radiativas, actuando como un pasivador efectivo. Finalmente, se muestra el proceso de fabricación de dispositivos basados en MAPbI3 y sintetizados en función de las condiciones ambientales y empleando el dietil éter como anti-solvente. Los dispositivos mostraron una eficiencia máxima del 14.73%. Se ha probado que la oxidación del spiro-OMeTAD, bajo condiciones cont / [FR] Les perovskites orgàniques-inorgàniques de halurs de metilamoni i plom i les seues mescles han mostrat propietats optoelectròniques òptimes com a absorbent ideal per a aplicacions fotovoltaiques. Els dispositius solars basats en perovskita han evolucionat ràpidament, passant d'una eficiència del 3.9% en 2009, fins al 22.7% en 2017, i amb un cost de fabricació més baix que les cèl·lules solars de silici. No obstant això, un dels desavantatges de l'ús de absorbents de perovskita és la baixa estabilitat. En general, les cèl·lules que mostren un alt rendiment, perden la seua eficiència i es degraden ràpidament. Per a que aquestos materials puguen ser produits industrialment a gran escala és necessari estudiar-los en profunditat per millorar la eficiència i estabilitat. Una de les vies de millora és l'enginyeria composicional, estratègia que hem emprat en l'elaboració d'aquesta tesi i que consisteix en la investigació i la millora de les propietats optoelectròniques i morfològiques, derivades de la substitució i/o combinació de cations i anions, que constitueixen el material de perovskita. S'han sintetitzat pols purs de perovskita per a I, Br, Cl, a partir d'els quals es van preparar capes pures i mixtes MAPbX3-xYx per a millorar les propietats optoelectròniques i estructurals. Mitjançant anàlisi de difracció de raigs X, s'estudiaren les propietats estructurals del pols cristalins i capes pures i mixtes. Els anàlisis d'UV-vis i fotoluminiscència, mostren que el rang d'absorció varia al llarg de l'espectre visible en funció del contingut de l'halur. Les anàlisis de fotoluminiscència i calorimetria diferencial mostren els canvis de fase de les perovskites pures a diferents temperatures, coincidint aquestos canvis en totes dues anàlisis. L'anàlisi FESEM de les perovskites pures, mostra les diferències morfològiques entre els pols i capes. Seguint aquesta línia d'investigació, s'estudiaren les perovskites mixtes de iode-brom, amb un contingut de brom de fins el 33%, ajustant el bandgap per a evitar pèrdues en l'absorció i millorar les propietats optoelectròniques, estructurals i morfològiques. Malgrat les bones propietats optoelectròniques de les perovskites de metilamoni, el catió orgànic disminueix la estabilitat, la qual cosa ha portat a investigar l'ús d'altres cations inorgànics. Les perovskites de cesi són una alternativa prometedora, i per aquesta raó hem sintetitzat capes fines de perovskites de cesi mixtes, CsPbBr3-xIx, per tal de determinar els efectes de la substitució parcial del iode en les propietats físiques i l'estabilitat. Es van obtenir capes amb una bona resistència a la humitat i a la temperatura, afavorint la seua aplicació en el camp fotovoltaic. S'ha estudiat també la substitució parcial del catió de metilamoni amb altres cations orgànics, com el guanidini i imidiazoli. S'ha demostrat que petites quantitats de guanidini milloren l'estabilitat i la morfologia de les capes. S'ha establert que el límit de solubilitat del guanidini es del 20%, aproximadament, i s'ha determinat l'estructura cristal·lina de les mescles. S'ha observat un augment en la intensitat del pic de fotoluminiscència per a mescles per sota del límit de solubilitat. Es van obtenir resultats similars per a la substitució del metilamoni amb petites quantitats de imidazoli. Les anàlisis de difracció de raigs X van establir el límit de solubilitat en aproximadament el 10% i una millora en la cristalinitat. Els resultats de fotoluminiscència suggereixen que petites quantitats de imidazoli redueixen les recombinacions no radiatives, actuant com un pasivador efectiu. Finalment, es mostra el procés de fabricació de dispositius basats en MAPbI3 i sintetitzats en funció de les condicions ambientals, especialment la humitat relativa i utilitzant el dietil èter com anti-solvent. Els dispositius van mostrar una eficiència màx / [EN] Organic-inorganic methylammonium lead halides perovskites and their mixtures have shown optimal optoelectronic properties as an ideal absorber for photovoltaic applications. In the last decade, solar devices based on perovskite have evolved rapidly, going from an initial efficiency of only 3.9% in 2009, to an efficiency of 22.7% in 2017 and being, at the same time, more cost-effective than silicon solar cells. However, one of the main disadvantages when using perovskite absorbents in photovoltaic devices is their low stability. In general, cells that show high performance lose their efficiency and degrade rapidly. For these materials to be scalable it is necessary to carry out in-depth studies aiming at improved efficiency and stability. One of the main sources to improve stability and efficiency is compositional engineering, a strategy employed in the elaboration of this thesis, consisting of the investigation and improvement of the optoelectronic and morphological properties, derived from the substitution and / or combination of cations and anions, which constitute the perovskite material. Pure powders of perovskite were synthesized, for I, Br, Cl, from which pure and mixed MAPbX3-xYx films were prepared in order to improve their optoelectronic and structural properties. By means of X-ray diffraction analysis, the structural properties of crystalline powders and pure and mixed films were studied. Employing UV-vis and photoluminescence analysis, it was observed that the absorption range varied along the visible spectrum as a function of the halide content in the thin films. Both, photoluminescence and differential scanning calorimetry analysis showed the changes of phase of the pure perovskites at different temperatures. FESEM characterization of the pure perovskites showed the morphological differences between the powders and the films. Following this line of research, mixed perovskites of iodine-bromine with a bromine content of up to 33% were studied in more detail. The bandgap was tuned to avoid significant losses in absorption and improve the optoelectronic, structural and morphological properties. Despite the excellent optoelectronic properties of the methylammonium perovskite, the presence of the organic cation decreases its stability, which prompted research into the use of other inorganic cations. Cesium perovskites, are a very promising alternative, and for this reason we synthesized thin films of mixed cesium perovskites, CsPbBr3-xIx, to determine the effects of the partial substitution of iodine on physical properties and stability. Films with a very good resistance to moisture and temperature were obtained, which will favor the application of this type of perovskites in the photovoltaic field. The partial replacement of the methylammonium cation with other organic cations, such as guanidinium and imidiazolium, was also studied, showing that small amounts of guanidinium significantly improve the stability of the films and their morphology. It was established that the solubility limit of guanidinium is approximately 20%, and the crystalline structure of the mixtures was determined. An increase in the intensity of the photoluminescence peak for mixtures below the solubility limit was observed. Similar results were obtained for the substitution of methylammonium with small amounts of imidazolium. X-ray diffraction analyzes established the solubility limit at approximately 10% and an improvement in crystallinity. Photoluminescence results suggest that small amounts of imidazolium significantly reduce nonradiative recombinations, acting as an effective passivator. Finally, the manufacturing process of devices based on MAPbI3 and synthesized according to environmental conditions, especially relative humidity and using diethyl ether as anti-solvent is shown. The devices presented a maximum efficiency of 14.73%, proving that the oxidation of spiro-OMeTAD, under controlled humidity conditions, can improve efficiency. / Vega Fleitas, E. (2018). Study and Characterization of Hybrid Organic-Inorganic Perovskites for Solar Cells Applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113402 / TESIS

Orientador: Maria Glória Caño de Andrade / Resumo: Este trabalho é baseado no estudo do comportamento de um diodo PIN de multicamadas utilizado como célula solar. Esse estudo é desenvolvido por meio de simulações em ambiente virtual, validada a partir de dados experimentais, e tem como foco principal o comportamento da geração de corrente pelo dispositivo, tanto na interação entre o dispositivo e uma determinada faixa do espectro luminoso, como na influência que as alterações nas dimensões dessa célula solar podem trazer na tensão gerada. O diodo PIN proposto encontra-se em uma lâmina SOI (Silicon On Insulator) com uma potencial aplicação destinada para a alimentação de circuitos que necessitam de ultrabaixa potência (ULP – Ultra Low Power), tais como sensores de campo para monitoramento e circuitos subcutâneos para monitoramento médico. É construído por uma camada dupla com diferentes semicondutores (silício e germânio) e, através de alterações em sua estrutura (mudança dos materiais e das dimensões), será verificado o comportamento dos principais parâmetros de uma célula solar, tais como fator de forma (FF), corrente fotogerada, tensão de circuito aberto, corrente de curto-circuito, tensão e corrente de trabalho e potência gerada pelo dispositivo. Adicionalmente, é também analisado o comportamento de penetração e absorção do espectro luminoso na célula solar e a existência de alterações nos parâmetros medidos quando há alteração na posição das camadas de semicondutores, com a finalidade de demonstrar que o incremento de uma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is based on the study of multilayer PIN diode used as a solar cell. This study was developed through simulations in a virtual environment with the main focus of the generation current by the device so much in the interaction between the device and a range of the light spectrum as well as in the influence the changes in the dimensions of the solar cell may bring in the voltage generated. It is composed of a double layer with different semiconductors (silicon and germanium), and though changes in its structure (materials and dimensions change), it will be verified the behavior of main parameters of a solar cell, such as Fill Factor (FF), photogenerated current, open-circuit voltage, short circuit current, work voltage and work current and the generated power will by the device. Additionally, it was also verified the behavior of the penetration and absorption of the light spectrum in the solar cell, and the existence of changes in the measured parameters when there is a change of position in the semiconductor layers, to demonstrate that the increase of a germanium layer may bring to the device concerning entirely silicon device. The results obtained indicate that there was an increase in the photogeneration when the germanium layer is positioned above the silicon layer. This way, this work demonstrates that small changes in the construction and the thickness of the lateral PIN diode used as a solar cell provide an increase in efficiency of more than 136% when comparing... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

La presente investigación se trata de un proyecto de inversión privada para la central de energía solar fotovoltaica y su distribución en la ciudad de Chiclayo y distritos, ubicado en la región Lambayeque. El proyecto está realizado para cumplir con la demanda eléctrica insatisfecha por un deficiente abastecimiento de energía eléctrica en el departamento de Lambayeque. En el análisis y evaluación del proyecto, la inversión total determina es de S/61,432,500.00, de la cual S/56,432,500.00 será un aporte de capital propio lo que representa el 92% y lo restante, representando el 8% será financiado por una entidad financiera, equivalente a S/5,000,000.00. Por último, mediante los indicadores financieros del VAN, TIR, entre otros, los resultados obtenidos para poder realizar el proyecto indican que es viable, obteniendo un VAN económico de S/86,407,524.01 y un VAN financiero de S/80,530,294.72 siendo el resultado final superior a cero, lo que indica que el proyecto es totalmente viable.

Tesis por compendio / [ES] Las células solares de perovskitas de haluros (HaPSC) se han convertido en uno de los principales candidatos para la producción de dispositivos fotovoltaicos de nueva generación. Sin embargo, su comercialización exige que cumplan estrictos requisitos de rendimiento, seguridad y longevidad. Se sabe que la estabilidad intrínseca de las perovskitas de haluro está estrechamente relacionada con la química de los defectos que se producen en su interior, ya que algún defecto puede participar o iniciar procesos de degradación. Además, algunos de los defectos más comunes en estos sistemas crean estados de trampa poco profundos y electrónicamente activos, que pueden influir en procesos clave como el transporte y recombinación de cargas, lo que los convierte en fundamentales para determinar el rendimiento de los dispositivos. La ingeniería de disolventes ha cobrado importancia como técnica para controlar la cristalización de películas delgadas de haluros de perovskita, lo que ha dado lugar a mejoras experimentalmente observables en la calidad y estabilidad de los cristales, así como a reducciones significativas en las densidades de defectos. A pesar de los importantes esfuerzos realizados recientemente para desarrollar las HaPSC, el rendimiento y la estabilidad de las composiciones con bandas prohibidas anchas han quedado rezagados con respecto a las composiciones para los dispositivos de unión única. El objetivo de esta tesis es abordar este problema desarrollando técnicas experimentales para mejorar las perovskitas inorgánicas de haluros mixtos. Aunque la ingeniería de disolventes puede introducir, reducir o pasivar defectos electrónicamente activos (dopantes) en las perovskitas de haluro, se han realizado relativamente pocas investigaciones sobre los procesos físicos que se producen en los sistemas dopados. Además, las químicas activas de estos sistemas, que aún se están investigando, pueden dar lugar a comportamientos transitorios o a la activación de procesos complejos, lo que complica los esfuerzos experimentales. En esta tesis, estos problemas se superan empleando simulaciones por ordenador para investigar el origen y los factores que dan lugar a niveles óptimos de dopaje en las HaPSCs. Esta tesis doctoral se compone de tres artículos que han sido publicados en revistas indexadas. Dos de ellos desarrollan técnicas experimentales para controlar la cristalización de la película y la estabilidad de las perovskitas de bandas prohibidas anchas. El tercer artículo investiga el papel que desempeñan los dopantes electrónicos en el rendimiento de los dispositivos y cómo pueden aprovecharse para producir HaPSC superiores. En conjunto, estos resultados aportan nuevos conocimientos y técnicas a los experimentadores que trabajan con dispositivos de alto rendimiento. / [CA] Les cèl·lules solars de perovskita d'halur (HaPSC) s'han convertit en un dels principals candidats per a la producció de dispositius fotovoltaics de nova generació. Tanmateix, la seua comercialització requereix que compleixen exigències estrictes en termes de rendiment, seguretat i longevitat. Se sap que l'estabilitat intrínseca de les perovskites d'halur està estretament relacionada amb les químiques de defectes que es produeixen dins d'elles, ja que algun defecte pot participar o iniciar processos de degradació. A m¿es, alguns defectes predominants en aquests sistemes creen estats de trampa poc profunds i electrònicament actius, que poden influir en processos clau com el transport i la recombinació de càrregues, fent-los clau per determinar el rendiment dels dispositius. L'enginyeria de dissolvents ha guanyat rellevància com a tècnica per controlar la cristal·lització de pel·lícules primes de perovskita d'halur, donant lloc a millores experimentalment observables en la qualitat i l'estabilitat dels cristalls, així com a reduccions significatives de la densitat de defectes. Malgrat els esforços recents substancials per desenvolupar les HaPSC, el rendiment i l'estabilitat de les composicions de bandes prohibides amples s'han quedat per darrere de les adequades per a dispositius d'unió única. L'objectiu d'aquesta tesi és abordar aquest problema mitjançant el desenvolupament de tècniques experimentals per millorar les perovskites inorgàniques d'halur mixtos. Tot i que l'enginyeria de dissolvents pot introduir, reduir o passivar defectes electrònicament actius (dopants) en perovskites d'halur, hi ha hagut relativament poques investigacions sobre els processos físics que es produeixen en sistemes dopats. A més, les químiques actives d'aquests sistemes, que encara s'estan investigant, poden donar lloc a comportaments transitoris o a l'activació de processos complexos, cosa que complica els esforços experimentals. En aquesta tesi, aquests problemes es superen mitjançant l'ús de simulacions per ordinador per investigar l'origen i els factors que donen lloc a nivells òptims de dopatge en les HaPSC. Aquesta tesi doctoral està formada per tres articles que s'han publicat en revistes indexades. Dos d'aquests desenvolupen tècniques experimentals per controlar la cristal·lització de la pel·lícula i l'estabilitat de les perovskites de bandes prohibides amples. El tercer article investiga el paper que tenen els dopants electrònics a l'hora de determinar el rendiment dels dispositius i com es poden aprofitar per produir HaPSC superiors. En conjunt, aquests resultats generen noves idees i proporcionen tècniques per als experimentadors que treballen amb dispositius d'alt rendiment. / [EN] Halide perovskite solar cells (HaPSCs) have become one of the leading candidates for the production of next generation photovoltaic devices. However, commercialisation requires them to meet stringent demands in terms of performance, safety and longevity. The intrinsic stability of halide perovskites is known to be closely related to defect chemistries occurring within them since some defects can participate in, or initiate, degradation processes. Moreover, some common defects in these systems create electronically active shallow trap states, which can influence key processes such as charge transport and recombination - making them key in determining device performance. Solvent engineering has gained relevance as a technique for controlling the crystallisation of halide perovskite thin films, leading to experimentally observable improvements in crystal quality and stability as well as meaningful reductions in defect densities. Despite substantial recent efforts into developing HaPSCs, the performance and stability of wide-bandgap compositions has lagged behind those suitable for single-junction devices. The aim of this thesis is to address this problem by developing experimental techniques for improving mix-halide inorganic perovskites. Although solvent engineering can introduce, reduce or passivate electronically active defects (dopants) in halide perovskites, there have been relatively few investigations into the physics occurring in doped systems. Moreover, the active chemistries in these systems, which are still under investigation, can result in transient behaviours or the activation of complex processes - complicating experimental efforts. In this thesis, these problems are overcome by employing computer simulations to investigate the origin and factors giving rise to optimal doping levels in HaPSCs. This doctoral thesis is made up of three articles which have been published in indexed journals. Two of these develop experimental techniques for controlling the film crystallisation and stability of wide-bandgap perovskites. The third article investigates the role of electronic dopants in determining device performance, and how they may be harnessed to produce superior HaPSCs. Together, these results generate new insights and provide techniques for experimentalists working with high performance devices. / This work was funded by the Generalitat Valenciana (ACIF/2020/286), the Ministerio de Economía y Competitividad (Grant Number PID2019-107137RB-C21), European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (Marie Sklodowska-Curie grant No. 893194), the French Agence Nationale de la Recherche (contract number ANR-17-MPGA-0012), and the French government in the frame of the program of investments for the future (Programme d’investissement d’Avenir ANR-IEED-002-01) Alexander Wyn Stewart. acknowledges the Generalitat Valenciana and the EU for financial support (ACIF/2020/286). / Stewart, AW. (2024). Hybrid Perovskites for Photovoltaic Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202847 / Compendio

As células solares poliméricas (PSCs) e diodos emissores de luz poliméricos (PLEDs) destacam-se dos seus análogos inorgânicos pela possibilidade de reduzir custo de fabricação, obtenção de dispositivos mais leves e flexíveis, maior liberdade no design e menor tempo de produção de dispositivos, devido à sua maior facilidade de processamento. Neste trabalho foram investigadas as mudanças nas propriedades fotofísicas, eletroquímicas e elétricas do poli[2,7-(9,9-dioctilfluoreno)-alt-4,7-bis(2,5-tiofeno)-2,1,3-benzotiadiazol] (PDBT) e seus derivados contendo grupos substituintes hexila no anel tiofeno. Este polímero conjugado é conhecido por seu potencial para aplicações em PSCs. Para tanto, três copolímeros, contendo diferentes concentrações de mero tiofeno substituído, foram sintetizados via reação de acoplamento de Suzuki. Usando técnicas adequadas, foram verificadas correlações entre o comportamento fotofísico, térmico e elétrico dos copolímeros e o teor de tiofeno substituído. Os materiais poliméricos sintetizados foram aplicados como camada ativa em PLEDs e PSCs. Em relação aos PLEDs, foi verificada baixa luminância e emissão de luz na faixa da cor laranja e cor verde. Além disso, diferentes efeitos, relacionados com a concentração de tiofeno substituído e as propriedades fotovoltaicas, foram identificados nas PSCs montadas. / Polymer Solar cells (PSCs) and polymer light-emitting diodes (PLEDs) draw attention from their inorganic analogues for the possibility of manufacturing cost reduction, more light and flexible devices, as well as the greater design freedom and shorter production time devices due to its easier processing. In this work, we investigated the changes in the photophysical, electrochemical and electrical properties from poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(2,5-thiophene)-2,1,3-benzothiadiazole] (PDBT) that was caused by hexyl substituents introduction on the copolymer thiophene rings. This conjugated polymer system is known for its PSCs applications potential. Therefore, three copolymers, with different concentrations of substituted thiophene mere, were synthesized by Suzuki polycondensation. Using appropriate techniques, direct relationships were verified between the photophysical, thermal and electrical behavior from copolymers and substituted thiophene content. The synthesized polymeric materials were applied as active layer in PLEDs and PSCs. Regarding PLEDs, it was verified a low luminance and light emission in the range of orange and green colors. Furthermore, different effects, related to the substituted thiophene concentration and photovoltaic properties, were identified from mounted PSCs.