Tesis por compendio / [ES] Las perovskitas orgánico-inorgánicas de halogenuros son una familia de materiales estudiados en profundidad por su potencial para construir células solares de alta eficiencia y de bajo coste. Han experimentado un crecimiento exponencial de la eficiencia, pasando del 3% del PCE en 2009 a más del 25% en 2021. Pero todavía quedan retos por superar, como la estabilidad. El objetivo del trabajo es estudiar diferentes tipos de HOIP para aplicaciones fotovoltaicas, incluyendo la optimización del proceso de fabricación y la caracterización completa mediante el análisis de difracción de rayos X, microscopía electrónica de escaneo de emisión de campo, microscopio de fuerza atómica, fotoluminiscencia, UV-absorción visible, cálculo de band-gap, microscopía electrónica de transmitancia, simulación teórica y estudio de degradación de las películas. El objetivo del análisis es obtener la cristalinidad, morfología, topografía, propiedades ópticas, PCE y estabilidad de las capas. Se utilizaron varias estrategias para cumplir el objetivo del trabajo, incluyendo el dopaje con distintos compuestos, la ingeniería de extinción antisolvente y el cambio del catión "B" en la fórmula de las perovskitas; ABX3. La presente disertación se centra en el yoduro de plomo de metilamonio III (CH3NH3I3), que es conocido por presentar una absorción directa de bandgap desde la parte superior de la banda de valencia hasta la parte inferior de la banda de conducción. El bandgap puede modificarse fácilmente variante A, B y X y modularse mediante la selección adecuada de cationes mixtos. Entre las combinaciones posibles, el catión MA y el metal Pb2+ han mostrado excelentes propiedades optoelectrónicas, capas procesables en disolución a baja temperatura y potencial para una estabilidad adecuada, debido a la movilidad del portador de carga muy alta, la gran longitud de difusión de electrones y agujeros, grandes coeficientes de absorción, y bajas tasas de recombinación no radiativa. Concretamente, este doctorado se compone de cuatro artículos: - Stability Improvement of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Thin Films by Bismuth Doping - Tetrabutylammonium (TBA)-Doped Methylammonium Lead Iodide: High Quality and Stable Perovskite Thin Films - Manufacture of High-Efficiency and Stable Lead-Free Solar Cells through Antisolvent Quenching Engineering - Investigation on the Stability and Efficiency of MAPbI3 and MASnI3 Thin Films for Solar Cells En resumen, el dopaje de bismuto mejoró la estructura cristalina de la capa absorbente de MAPbI3, mejorando las propiedades optoelectrónicas, la morfología de la superficie de las capas y la estabilidad de los dispositivos. Se estudió el dopaje con bismuto introduciendo cantidades variables de bismuto entre el 1 y el 8% en la solución inicial. Los mejores resultados se obtuvieron con un 2% de bismuto. También se analizó el dopaje con TBA introduciendo diferentes proporciones en la mezcla inicial para la síntesis de capas de MAPbI3. Observamos que un 5% de TBA reduce la densidad de agujeros en las capas y mejora la cristalinidad, mejorando la estabilidad de las capas MAPbI3. Con la proporción óptima de TBA, aumenta el tamaño del grano y la intensidad de la fotoluminiscencia, debido a la disminución de los centros de recombinación. Dado que el plomo es un elemento contaminante, sustituimos a Pb por Sn para obtener capas de MASnI3, lo que provocó un aumento del tamaño del grano y una mejora del coeficiente de absorción de la luz. Sin embargo, el MASnI3 es más inestable que el MAPbI3. Por eso, se utilizaron diferentes antisolventes en la síntesis de MASnI3. Conocida como ingeniería antisolvente, esta técnica estudia varios antisolventes. En este trabajo, el tolueno ha logrado mejorar la estabilidad de las capas de MASnI3. Utilizando un enfoque numérico mediante SCAPS-1D, se calculó que la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos de MASnI3 aumenta un 9,5% en comparación con los dispositivos de MAPbI3. / [CAT] Les perovskites orgàniques-inorgàniques d'halogenurs són una família de materials estudiats en profunditat pel seu potencial per construir cèl·lules solars d'alta eficiència i de baix cost. Han experimentat un creixement exponencial de l'eficiència, passant del 3% del PCE el 2009 a més del 25% el 2021. Però encara queden reptes per superar, com l'estabilitat. L'objectiu d'aquest treball és estudiar diferents tipus de HOIP per a aplicacions de cèl·lules solars, incloent l'optimització del procés de fabricació i la caracterització completa mitjançant l'anàlisi de difracció de raigs X, microscòpia electrònica d'escaneig d'emissió de camp, microscopi de força atòmica, fotoluminescència, UV- absorció visible, càlcul de band-gap, microscòpia electrònica de transmitància, simulació teòrica amb SCAPS-1D i estudi de degradació de les pel·lícules. L'objectiu de l'anàlisi és obtenir la cristalinitat, morfologia, topografia, propietats òptiques, PCE i estabilitat de les capes. Es van utilitzar diferents estratègies per complir l'objectiu del treball, incloent el dopatge amb diferents compostos, l'enginyeria d'extinció antisolvent i el canvi del catió "B" en la fórmula general de les perovskites; ABX3. La present dissertació se centra en el iodur de plom de metilamoni III (CH3NH3I3), que és conegut per presentar una absorció directa de bandgap des de la part superior de la banda de valència fins a la part inferior de la banda de conducció. El bandgap es pot modificar fàcilment variant A, B i X i modular-se mitjançant la selecció adequada de cations mixts. Entre les combinacions possibles, el catió MA i el metall Pb2+ han mostrat excel·lents propietats optoelectròniques, capes processables en dissolució a baixa temperatura i potencial per a una estabilitat adequada, a causa de la mobilitat del portador de càrrega molt alta, la gran longitud de difusió d'electrons i forats, grans coeficients d'absorció, i baixes taxes de recombinació no radiativa. Concretament, aquest doctorat es compon de quatre articles: -Stability Improvement of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Thin Films by Bismuth Doping -Tetrabutylammonium (TBA)-Doped Methylammonium Lead Iodide: High Quality and Stable Perovskite Thin Films -Manufacture of High-Efficiency and Stable Lead-Free Solar Cells through Antisolvent Quenching Engineering -Investigation on the Stability and Efficiency of MAPbI3 and MASnI3 Thin Films for Solar Cells En resum, el dopatge de bismut ha millorat l'estructura cristal·lina de la capa absorbent de MAPbI3, millorant les propietats optoelectròniques, la morfologia de la superfície de les capes i l'estabilitat dels dispositius. Es va estudiar el dopatge amb bismut introduint quantitats variables de bismut entre l'1 i el 8% en la solució inicial. Els millors resultats es van obtenir amb un 2% de bismut. També es va analitzar el dopatge amb tetrabutilamoni introduint diferents proporcions de TBA a la mescla inicial per a la síntesi de capes de MAPbI3. Observem que afegir un 5% de TBA a la mescla inicial redueix la densitat de forats a les capes i millora la cristal·linitat, millorant en l'estabilitat de les capes MAPbI3. Amb la proporció òptima de TBA, augmenta la mida del gra i la intensitat de la fotoluminescència, a causa de la disminució dels centres de recombinació. Com que el plom és un element contaminant, vam substituir Pb per Sn per obtenir capes de MASnI3, cosa que va provocar un augment de la mida del gra i una millora del coeficient d'absorció de la llum. Tanmateix, el MASnI3 és més inestable que el MAPbI3. Per això, es van utilitzar diferents antisolvents en la síntesi de MASnI3. Coneguda com a enginyeria antisolvent, aquesta tècnica estudia diversos antisolvents. En este treball, el toluè ha aconseguit millorar l'estabilitat de les capes de MASnI3. Utilitzant un enfocament numèric mitjançant SCAPS-1D, hem calculat que l'eficiència dels dispositius fotovoltaics basats en MASnI3 augmenta un 9,5% en comparació amb els dispositius de MAPbI3. / [EN] Halide Organic-Inorganic Perovskites are a family of materials that have been studied in depth due to their potential for building high-efficiency and low-cost solar cells. In recent years, they have experienced exponential growth in efficiency, going from 3% of PCE in 2009 to over 25% in 2021. But still, there are numerous challenges to overcome, such as stability. The purpose of this work is to study different kinds of HOIPs for solar cell applications, including the optimization of the manufacturing process and the complete characterization by the analysis of Xray-diffraction, Field Emission Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscope, photoluminescence, UV-visible absorption, band-gap calculation, Transmittance electron microscopy, theoretical simulation with SCAPS-1D, and degradation study of the films. The objective of the analysis is to obtain crystallinity, morphology, topography, optical properties, PCE, and stability of the layers. Different strategies were used to fulfil the goal of the work, including doping with different compounds, antisolvent quenching engineering, and changing the cation "B" in the general formula of perovskites; ABX3. The present dissertation is focused in methylammonium lead iodide III (CH3NH3I3), which is known for exhibiting direct bandgap absorption from the top of the valence band to the bottom of the conduction band. The bandgap can be easily modified by varying A, B, and X and modulated by the suitable selection of mixed cations. Among the possible combinations, MA cation and metal Pb2+ have exhibited excellent optoelectronic properties, low-temperature solution-processable films, and potential for appropriate stability, due to very high charge-carrier mobility, large electron and hole diffusion length, large absorption coefficients, and low nonradiative recombination rates. Specifically, this PhD is composed of four papers: - Stability Improvement of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Thin Films by Bismuth Doping - Tetrabutylammonium (TBA)-Doped Methylammonium Lead Iodide: High Quality and Stable Perovskite Thin Films - Manufacture of High-Efficiency and Stable Lead-Free Solar Cells through Antisolvent Quenching Engineering - Investigation on the Stability and Efficiency of MAPbI3 and MASnI3 Thin Films for Solar Cells To sum up, bismuth doping has improved the crystalline structure of the absorbent layer of MAPbI3, which leads to a significant improvement in the optoelectronic properties, the morphology of the surface of the layers, and even improves the stability of the devices. Bismuth doping was studied introducing variable amounts of bismuth between 1 and 8% in the initial solution. Best results were obtained with 2% bismuth. Doping with tetrabutylammonium (TBA) was also analysed by introducing different proportions of TBA in the initial mixture for the synthesis of MAPbI3 layers. We observed that adding 5% TBA to the initial solution reduces the density of pinholes in the layers and improves crystallinity, which leads to a considerable improvement in the stability of the MAPbI3 layers. With the optimal proportion of TBA, it is possible to increase the grain size and the intensity of the photoluminescence, due to the decrease in recombination centres. Since lead is a polluting element, we substituted Pb for Sn to obtain MASnI3 layers, which led to increasing grain size and enhancing light absorption coefficient. However, MASnI3 shells are more unstable than MAPbI3 shells. To overcome this, different anti-solvents were used in the synthesis of MASnI3 shells. Known as antisolvent engineering, this technique studies several antisolvents. In our work, toluene has managed to improve the stability of the MASnI3 layers. Using a numerical approach using SCAPS-1D, we have calculated that the efficiency of photovoltaic devices (PCE) based on MASnI3 increases by 9.5% when compared to devices based on MAPbI3. / Marí Guaita, J. (2022). Different Approaches for Improving the Stability of Hybrid Perovskites [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191430 / Compendio

2D hybrid perovskites are currently in the spotlight of material research for light-harvesting and -emitting applications. It remains extremely challenging, however, to externally control their optical response due to the difficulties of introducing electrical doping. Here, an approach of interfacing ultrathin sheets of perovskites with few-layer graphene and hexagonal boron nitride into gate-tunable, hybrid heterostructures, is demonstrated. It allows for bipolar, continuous tuning of light emission and absorption in 2D perovskites by electrically injecting carriers to densities as high as 1012 cm−2. This reveals the emergence of both negatively and positively charged excitons, or trions, with binding energies up to 46 meV, among the highest measured for 2D systems. Trions are shown to dominate light emission and propagate with mobilities reaching 200 cm2 V−1 s−1 at elevated temperatures. The findings introduce the physics of interacting mixtures of optical and electrical excitations to the broad family of 2D inorganic–organic nanostructures. The presented strategy to electrically control the optical response of 2D perovskites highlights it as a promising material platform toward electrically modulated light-emitters, externally guided charged exciton currents, and exciton transistors based on layered, hybrid semiconductors.

Über die besonders hohe Effizienz von Halid-Perowskit (HaP)-basierten optoelektronischen Bauteilen wurde bereits in der Literatur berichtet. Um die Entwicklung dieser Bauteile voranzutreiben, ist ein umfassendes und verlässliches Verständnis derer elektronischen Struktur, sowie der Energielevelanordnung (ELA) an HaP Grenzflächen von größter Bedeutung. Demzufolge beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Untersuchung i) der Bandstruktur von Perowskit-Einkristallen, um ein solides Fundament für die Darlegung der elektronischen Eigenschaften von polykristallinen Dünnschichten zu erarbeiten, und mit ii) den Einflüssen von Oberflächenzuständen auf die elektronische Struktur der Oberfläche, sowie deren Rolle bei der Kontrolle von ELA an HaP Grenzflächen. Die Charakterisierung erfolgt überwiegend mithilfe von Photoelektronenspektroskopie (PES) und ergänzenden Messmethoden wie Beugung niederenergetischer Elektronen an Oberflächen, UV-VIS-Spektroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Kelvin-Sonde. Erstens weist die Banddispersion von zwei prototypischen Perowskit-Einkristallen eine starke Dispersion des jeweiligen oberen Valenzbandes (VB) auf, dessen globales Maximum in beiden Fällen am R-Punkt in der Brillouin-Zone liegt. Dabei wird eine effektive Lochmasse von 0.25 m0 für CH3NH3PbBr3, bzw. von ~0.50 m0 für CH3NH3PbI3 bestimmt. Basierend auf diesen Ergebnissen werden die elektronischen Spektren von polykristallinen Dünnschichten konstruiert und es wird dadurch aufgezeigt, dass eine Bestimmung der Valenzbandkantenposition ausgehend von einer logarithmischen Intensitätsskala aufgrund von geringer Zustandsdichte am VB Maximum vorzuziehen ist. Zweitens stellt sich bei der Untersuchung der elektronischen Struktur von frisch präparierten Perowskit-Oberflächen heraus, dass die n-Typ Eigenschaft eine Folge der Bandverbiegung ist, welche durch donatorartige Oberflächenzustände hervorgerufen wird. Des Weiteren weisen die PES-Messungen an Perowskiten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufgrund von Oberflächenphotospannung eine Anregungslichtintensitätsabhängigkeit der Energieniveaus von bis zu 0.7 eV auf. Darüber hinaus wird die Kontrolle von ELA durch gezielte Variation der Oberflächenzustandsdichte gezeigt, wodurch sich unterschiedliche ELA-Lagen (mit Abweichungen von über 0.5 eV) an den Grenzflächen mit organischen Akzeptormolekülen erklären lassen. Die vorliegenden Ergebnisse verhelfen dazu, die starke Abweichung der in der Literatur berichteten Energieniveaus zu erklären und somit ein verfeinertes Verständnis des Funktionsprinzips von perowskit-basierten Bauteilen zu erlangen. / Optoelectronic devices based on halide perovskites (HaPs) and possessing remarkably high performance have been reported. To push the development of such devices even further, a comprehensive and reliable understanding of their electronic structure, including the energy level alignment (ELA) at HaPs interfaces, is essential but presently not available. In an attempt to get a deep insight into the electronic properties of HaPs and the related interfaces, the work presented in this thesis investigates i) the fundamental band structure of perovskite single crystals, in order to establish solid foundations for a better understanding the electronic properties of polycrystalline thin films and ii) the effects of surface states on the surface electronic structure and their role in controlling the ELA at HaPs interfaces. The characterization is mostly performed using photoelectron spectroscopy, together with complementary techniques including low-energy electron diffraction, UV-vis absorption spectroscopy, atomic force microscopy and Kelvin probe measurements. Firstly, the band structure of two prototypical perovskite single crystals is unraveled, featuring widely dispersing top valence bands (VB) with the global valence band maximum at R point of the Brillouin zone. The hole effective masses there are determined to be ~0.25 m0 for CH3NH3PbBr3 and ~0.50 m0 for CH3NH3PbI3. Based on these results, the energy distribution curves of polycrystalline thin films are constructed, revealing the fact that using a logarithmic intensity scale to determine the VB onset is preferable due to the low density of states at the VB maximum. Secondly, investigations on the surface electronic structure of pristine perovskite surfaces conclude that the n-type behavior is a result of surface band bending due to the presence of donor-type surface states. Furthermore, due to surface photovoltage effect, photoemission measurements on different perovskite compositions exhibit excitation-intensity dependent energy levels with a shift of up to 0.7 eV. Eventually, control over the ELA by manipulating the density of surface states is demonstrated, from which very different ELA situations (variation over 0.5 eV) at interfaces with organic electron acceptor molecules are rationalized. Our findings further help to explain the rather dissimilar reported energy levels at perovskite surfaces and interfaces, refining our understanding of the operational principles in perovskite related devices.

Tesis por compendio / [ES] La conversión de energía solar a productos químicos se considera una de las estrategias más viables para abordar los problemas derivados del uso masivo de combustibles fósiles y la excesiva emisión antropogénica de CO2. En catálisis asistida con luz, incluida la fotocatálisis y la catálisis fototérmica, el punto clave es el desarrollo de fotocatalizadores eficientes y robustos que puedan utilizar al máximo la energía solar y que sean lo suficientemente estables como para su comercialización. Los materiales basados en perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas han revolucionado el campo de la fotovoltaica en la última década, alcanzando una eficiencia de conversión de luz solar del 23%. Dado que los campos de la fotocatálisis y la fotovoltaica comparten procesos comunes, se abre la posibilidad de aplicación de estos materiales en fotocatálisis. Con el objetivo de confirmar esta posible aplicación de las perovskitas híbridas en fotocatálisis, en esta Tesis Doctoral, se han sintetizado nuevos materiales híbridos de perovskita con el objetivo de mejorar su estabilidad frente a la humedad aprovechando la gran variedad de ligandos orgánicos disponibles, que además pueden ser usados para promover modificaciones superficiales capaces de ajustar las propiedades hidrofílicas / hidrofóbicas. La actividad fotocatalítica de estos nuevos materiales de perovskita se ha estudiado en reacciones modelo para confirmar su estabilidad en las condiciones de reacción. Por otro lado, la reacción de fijación de nitrógeno fotoasistida también ha sido estudiada en detalle en esta Tesis Doctoral. Por un lado, se han sintetizado, caracterizado y testado nuevos complejos organometálicos como foto- y electrocatalizadores homogéneos para esta reacción. Estos han demostrado ser capaces de activar la molécula de dinitrógeno bajo un potencial electroquímico de reducción para formar amoníaco. Por otro lado, se han preparado nanopartículas de rutenio depositadas sobre un material de perovskita a base de titanato como fotocatalizador heterogéneo para la producción de amoniaco en flujo continuo. Además, se ha demostrado que la incorporación de metales alcalinos a este fotocatalizador puede potenciar su actividad fotocatalítica en esta reacción. Así, este material compuesto ha demostrado estar entre los fotocatalizadores más eficientes del estado del arte en la actualidad para esta reacción demostrando además una su elevada estabilidad en las condiciones de reacción. / [CA] La conversió d'energia solar en productes químics es considera una de les estratègies més viables per abordar els problemes derivats de l'ús massiu de combustibles fòssils i l'excessiva emissió antropogènica de CO2. En catàlisi assistida amb llum, inclosa la fotocatàlisi i la catàlisi fototèrmica, el punt clau és el desenvolupament de fotocatalitzadors eficients i robustos que puguen utilitzar al màxim l'energia solar i que siguen prou estables com per a la seva comercialització. Els materials basats en perovskites híbrides orgàniques-inorgàniques han revolucionat el camp de la fotovoltaica en l'última dècada, aconseguint una eficiència de conversió de llum solar del 23%. Atès que els camps de la fotocatàlisi i la fotovoltaica comparteixen processos comuns, s'obre la possibilitat d'aplicació d'aquests materials en fotocatàlisi. Amb l'objectiu de confirmar aquesta possible aplicació de les perovskites híbrides en fotocatàlisi, en aquesta tesi doctoral, s'han sintetitzat nous materials híbrids de perovskita amb l'objectiu de millorar la seva estabilitat enfront de la humitat aprofitant la gran varietat de lligands orgànics disponibles, que amés poden ser usats per a promoure modificacions superficials capaços d'ajustar les propietats hidrofíliques / hidrofòbiques. L'activitat fotocatalítica d'aquests nous materials de perovskita s'ha estudiat en reaccions model per confirmar la seva estabilitat en les condicions de reacció. D'altra banda, la reacció de fixació de nitrogen fotoassistida també ha sigut estudiada en detall en aquesta tesi doctoral. D'una banda, s'han sintetitzat, caracteritzat i testat nous complexos organometàl·lics com foto- i electrocatalitzadors homogenis per a aquesta reacció. Aquests han demostrat ser capaços d'activar la molècula de dinitrogen sota un potencial electroquímic de reducció per formar amoníac. D'altra banda, s'han preparat nanopartícules de ruteni depositades sobre un material de perovskita a força de titanat com fotocatalitzador heterogeni per a la producció d'amoníac en flux continu. A més, s'ha demostrat que la incorporació de metalls alcalins a aquest fotocatalitzador pot potenciar la seva activitat fotocatalítica en aquesta reacció. Així, aquest material compost ha demostrat estar entre els fotocatalitzadors més eficients de l'estat de l'art actualment per a aquesta reacció seva demostrant amés una elevada estabilitat en les condicions de reacció. / [EN] Solar energy to chemicals conversion is regarded to be one of the most plausible strategies addressing the issues of fossil fuel crisis and excessive anthropogenic CO2 emission. For photo-assisted catalysis, including photocatalysis and photothermal catalysis, the key point is the development of efficient and robust photocatalysts that can efficiently utilize the solar energy as well as they are stable enough that meets the requirements for commercialization. Hybrid organic-inorganic perovskites have revolutionized the photovoltaic field in the last decade, reaching a certified sunlight conversion efficiency of 20 %. Since photocatalysis and photovoltaics share common processes, the application of these materials in photocatalysis would be possible. In this Doctoral Thesis, novel hybrid perovskite materials have been synthesized with the aim to improve their stability against moisture by taking advantage large variety of the available organic ligand, which can promote surface modifications capable to adjust the hydrophilic/hydrophobic properties. Additionally, the photocatalytic activity of these novel perovskite materials has been studied in model reactions in order to confirm their stability under reaction conditions. On the other hand, the photo-assisted nitrogen fixation reaction has been also studied in detail in this Doctoral Thesis. on one hand, new organometallic complexes have been synthetized, characterized and tested as homogeneous photo and electrocatalysts for this reaction. They have been demonstrated to be able to activate dinitrogen molecule under electrochemical cathodic potentials to form ammonia. On the other hand, ruthenium nanoparticles deposited on a titanate-based perovskite material have been prepared and tested as heterogeneous photocatalyst for ammonia production in continuous flow. Moreover, it has been demonstrated that the addition of alkali metals to this photocatalyst can boost the photocatalytic activity of this reaction. Thus, this composite material has demonstrated to be among the most efficient photocatalysts in the current state-of-the art for this reaction, as well as very stable under reaction conditions. Considering the large industrial importance of N2 fixation and the mild conditions of pressure and temperature used in the present study, the results of the photo-assisted N2 hydrogenation to ammonia can have a large impact in the area. / Peng, Y. (2021). Hybrid Lead Perovskites as Photocatalysts and Materials for Photo- and Electrocatalytic N2 Reduction [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171731 / Compendio

[ES] El presente trabajo titulado "Elaboración y caracterización de láminas delgadas híbridas orgánico-inorgánicas de perovskita para células solares fotovoltaicas" es una contribución a la mejora del rendimiento y la capacidad de las láminas delgadas de perovskita para su uso en células solares fotovoltaicas. Este trabajo de investigación de laboratorio se divide en dos partes principales. La primera parte está dedicada a la preparación con éxito de películas finas de perovskita basadas en metilamonio MA, formamidinio FA y cesio Cs utilizando precursores, y también a la fabricación preliminar de polvos MAPbI3, MAPbBr3 y MAPbCl3. Se hizo hincapié en la mezcla de halógenos y el dopado. Estas películas finas se caracterizaron con vistas a su uso en células solares. Los resultados muestran que las láminas delgadas producidas son muy adecuadas para su uso como láminas delgadas absorbentes en células solares fotovoltaicas. Además, se estudiaron las distintas propiedades de las películas finas para evaluar su rendimiento. La segunda parte se ocupa del estudio del envejecimiento de las películas delgadas producidas. Esta parte de la investigación está dirigida a estudiar la estabilidad de las películas delgadas producidas. Las películas procesadas se caracterizan primero en estado fresco y luego se exponen al ambiente. Después de 4 semanas de exposición, se caracterizaron nuevamente. Los resultados de las caracterizaciones de las películas envejecidas comparadas con las de las películas frescas muestran el estado de deterioro de las películas. Dependiendo de sus propiedades, estos resultados comparativos muestran que algunas películas son más resistentes a la intemperie que otras. Las películas producidas se caracterizaron principalmente por XRD, SEM, absorción UV- visible y, para algunas películas se añadió AFM y EDS. / [CA] Aquest treball és una contribució per millorar el rendiment i la capacitat de les pel·lícules primes de perovskita per al seu ús en cèl·lules solars fotovoltaiques. Aquest treball de recerca de laboratori es divideix en dues parts principals. La primera part està dedicada a la fabricació de pols MAPbI3, MAPbBr3 i MAPbCl3 i també a la preparació i caracterització de pel·lícules primes per al seu ús en cèl·lules solars. Els resultats van mostrar que les pel·lícules primes produïdes són molt adequades per al seu ús com a pel·lícules primes absorbents en cèl·lules solars fotovoltaiques. A més, es van estudiar les diverses propietats de les pel·lícules primes per avaluar-ne el rendiment. La segona part s'ocupa de l'estudi de l'envelliment de les pel·lícules primes produïdes. Aquesta part de la investigació està adreçada a estudiar l'estabilitat de les pel·lícules primes produïdes. Les pel·lícules processades es caracteritzen primer en estat fresc i després s'exposen a l'ambient. Després de 4 setmanes d¿exposició, es van caracteritzar novament. Els resultats de les caracteritzacions de les pel·lícules envellides comparades amb les de les pel·lícules fresques mostren l'estat de deteriorament de les pel·lícules. Depenent de les seves propietats, aquests resultats comparatius mostren que algunes pel·lícules són més resistents a la intempèrie que d'altres. Les pellícules produïdes es van caracteritzar principalment per XRD, SEM, absorció UV- visible i, per a algunes pel·lícules es va afegir AFM i EDS. / [EN] The present work is a contribution to enhancing the performance and capacity of perovskite thin films for use in photovoltaic solar cells. This laboratory research work is divided into two main parts. The first part is devoted to the manufacture of MAPbI3, MAPbBr3 and MAPbCl3 powders and also to the successful preparation and characterisation of thin films for use in solar cells. The results showed that the thin films produced are well suited to their use as absorbing thin films in photovoltaic solar cells. In addition, the various properties of the thin films were studied in order to assess their performance. The second part deals with the study of the ageing of the thin films produced. This part of the research is aimed at studying the stability of the thin films produced. The processed films are first characterised fresh and then exposed to the ambient environment. After 4 weeks of exposure, they were characterised again. The results of the characterisations of the aged films compared with those of the fresh films show the state of deterioration of the films. Depending on their properties, these comparative results show that some films are more resistant to the elements than others. The characterisations carried out are mainly XRD, SEM, UV-visible absorption and, for some films, AFM and EDS. Key words: development, characterisation, thin films, stability, MAPbX3, FAPbX3, CsPbX3, powders / Doumbia, Y. (2024). Elaboration et caractérisation des couches minces pérovskites hybrides organiques-inorganiques pour les cellules solaires photovoltaïques [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202699

Metal halide perovskites have attracted considerable attention as excellent candidates for application in solar cells. Despite their excellent performance, photovoltaic devices based on perovskite absorber’s wide-scale integration into industrial application is limited by their chemical and electrical instabilities. The central topic of this thesis is therefore to investigate thermodynamic aspects of point defects and the conduction mechanisms along with their implications for current–voltage characteristics i.e.,hysteresis in the solar cells. By application of three different methods, impedance spectroscopy, deep level transient spectroscopy and sweep rate dependent current–voltage characteristics as function of temperature, we show that understanding the fundamental aspects of mobile ionic defects in the material as well as the distribution of these defects in the device is essential for improving the stability and the device performance. We show that halide vacancy-interstitial pairs are present in all investigated perovskite compositions and these defects can lead to a significant reduction in the power conversion efficiency of perovskite solar cells. / Metallhalogenid-Perowskite haben erhebliche Aufmerksamkeit als hervorragende Kandidaten für die Anwendung in Solarzellen. Trotz ihrer ausgezeichneten Leistung ist die breite Integration von photovoltaischen Geräten auf der Grundlage von Perowskit-Absorbern in die industrielle Anwendung durch ihre chemische und elektrische Instabilität begrenzt. Das zentrale Thema dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der thermodynamischen Aspekte von Punktdefekten und der Leitungsmechanismen sowie deren Auswirkungen auf die Strom-Spannungs-Charakteristik, i.e., die Hysterese in den Solarzellen. Durch die Anwendung von drei verschiedenen Methoden, der Impedanzspektroskopie, der Transientenspektroskopie auf tiefer Ebene und der Sweep-Rate-abhängigen Strom-Spannungs-Charakteristik als Funktion der Temperatur, zeigen wir, dass das Verständnis der grundlegenden Aspekte der mobilen ionischen Defekte im Material sowie der Verteilung dieser Defekte in der Vorrichtung für die Verbesserung der Stabilität und der Leistung der Vorrichtung von wesentlicher Bedeutung ist. Wir zeigen, dass Halogenid-Vakanz-Zwischengitter-Paare in allen untersuchten Perowskit-Zusammensetzungen vorhanden sind und dass diese Defekte zu einer signiőkanten Verringerung der Energieumwandlungseffizienz von Perowskit-Solarzellen führen können.