Photovoltaic energy is the most promising future energy source. Therefore, strong efforts are made to improve their price-to-efficiency ratio. New technologies and materials are being involved in the production, such as poly-crystalline materials rather than mono-crystalline silicon. Some of these materials are based on copperchalcopyrite with advantageous properties like directly tunable band gap, high absorption coefficients, low deposition temperatures, low-cost materials and capability of deposition on suitable materials. However, correlation between the thin film materials characteristics and device performance are not well understood, and increasing the efficiency needs an exhaustive comprehension of the different phenomena involved in their performance, such as role of defects, doping concentrations and potentials, which requires the development of innovative techniques for the characterization. Electron holography in the TEM would be very helpful, because it allows the quantitative reconstruction of the complex object wave. The measurement of phase and amplitude of the wave makes it possible to determine the potential in the object studied. In this manner, electron holography is a powerful tool for materials characterization at nanometre scale because it relates potential distributions with structure. However, artefacts can be introduced in the measurement. Therefore, the procedure of acquisition, reconstruction and correction of artefacts of the electron holograms, fundamental for the interpretation of the results in terms of potential, are in detail presented. Moreover, the object of study exhibits challenges to the technique because of their polycrystalline structure, which introduces dynamic interaction with the electron beam sometimes stronger than the desired one. Consequently it is necessary to have an adequate measurement procedure. To overcome this limitation, a characterization method including in-situ stimuli is proposed and applied to crystalline silicon and CIGS solar cells. For this, a suitable sample preparation procedure with Focused Ion Beam (FIB) milling, and a specially designed sample holder allowing illumination with light and biasing a TEM sample are developed and applied to solar cells. As result of the work, it is shown that expectedly the electron illumination has an important influence. It produces larger generation rates than 1 sun standard illumination. As counterpart, the recombination processes occurring at the surface of the small and thin sample tend to reduce the potential generated by the illumination. As consequence, only the p-n junction potential is usually measured. To produce an appreciable effect by illumination with light, the TEM lamella must be thicker, and the illumination intensity of the light must be strongly increased. This thesis realises the first extensive study of the application of electron holography to the measurement of potentials in solar cells applying in-situ illumination and biasing. The experimental findings were corroborated by simulation calculations. They show that the processes in the objects are essentially correctly understood, however, quantitative interpretation is not yet sufficiently accurate. / Photovoltaik bietet eine vielversprechende Energiequelle der Zukunft. Deshalb werden große Anstrengungen unternommen, um ihr Preis-Nutzen-Verhältnis zu verbessern. Neue Technologien und Materialien, wie poly-kristalline Materialien werden interessanter als mono-kristallines Silizium. Einige dieser Materialien beruhen auf der Basis von Kupfer-Chalkopyrit mit vorteilhaften Eigenschaften, wie direkt einstellbarer Bandlücke, hohen Absorptionskoeffizienten, niedrigen Abscheidetemperaturen und Verwendung von Low-Cost-Materialien. Allerdings ist die Korrelation zwischen den Eigenschaften der Dünnschicht-Materialien und der Leistung der Solarzellen noch nicht ausreichend verstanden, um die Effizienz weiter zu steigern. Hierfür muss ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Phänomene wie der Rolle von Defekten, Dotierungskonzentrationen und Potenzialen erreicht werden, die die Entwicklung von innovativen Techniken für die Charakterisierung erfordert. Elektronen-Holographie kann zur Beantwortung dieser Fragen beitragen, weil sie die quantitative Rekonstruktion der komplexen Objektwelle im TEM erlaubt. Die Messung der Phase und der Amplitude der Welle macht es möglich, die Objektpotentiale zu bestimmen. Auf diese Weise wird Elektronen-Holographie ein leistungsfähiges Werkzeug für die Materialcharakterisierung im Nanometerbereich, weil sie Struktur und Potentialverteilung an derselben Stelle bestimmen kann. Doch können Artefakte und Missinterpretationen entstehen. Daher sind Aufzeichnung von Elektronenhologrammen sowie Rekonstruktion und Korrektur der Objektwelle von grundlegender Bedeutung für die Interpretation der Ergebnisse und werden im Detail vorgestellt. Ein spezielles Problem von polykristallinen Materialien ist die Tatsache, dass durch unterschiedlich orientierte Kristallite unterschiedliche Innere Potentiale gemessen werden können. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die Elektronen mit unterschiedlichen Körnern in unterschiedlicher Weise dynamisch wechselwirken; dies führt zu Phasendifferezen, die erheblich stärker sein können als die eigentlich interessanten Halbleiterpotentiale. Deshalb werden die holographischen Untersuchungen so modifiziert, dass die Objekte in-situ, beispielsweise unter Anlegen elektrischer Spannungen (“biasing”) oder Beleuchtung mit Licht, untersucht werden. Die hierzu nötigen neuen Präparationsverfahren für die Objekte werden entwickelt. Ebenso werden neue in-situ Objekthalter entwickelt, die diese Parameter gezielt zu verändern gestatten. Als Ergebnis der Arbeit wird auch gezeigt, dass die Elektronenbeleuchtung einen wichtigen Einfluss auf die gemessenen Potentialverteilungen hat. Sie produziert größere Generationsraten von Elektronen-Loch-Paaren als 1 sun (Standard-Beleuchtung). Tatsächlich werden durch Rekombinationsprozesse an der Oberfläche der Probe die induzierten Potentiale in der Solarzelle verringert. Als Folge wird in der Regel nur das Potenzial des pn-Übergang gemessen. Um eine spürbare Wirkung durch Bestrahlung mit Licht zu erzeugen, muss die TEM-Lamelle dicker gewählt werden, und die Beleuchtung muss wesentlich intensiver sein als unter normalbedingungen. Diese Dissertation realisiert die erste umfassende Studie über die Anwendung von Elektronen-Holographie für die Messung von Potenzialen in Solarzellen unter Anwendung von Biasing und in-situ-Beleuchtung. Die experimentellen Befunde wurden mit umfangreichen Simulationsrechnungen verglichen. Diese zeigen, dass die Vorgänge im wesentlichen qualitativ verstanden sind, auch wenn sie die gemessenen Potentialverteilungen quantitativ oft noch nicht mit der erwünschten Genauigkeit wiedergeben.

Photovoltaic cells are a promising solution to the current energy crisis. Among the different photovoltaic cell technologies developed, dye-sensitised solar cells (DSSC) are emerging as viable low-cost alternatives to Si PV technology. This thesis presents studies on fabrication and characterisation of TiO2 based dye-sensitised solar cells. Chapter 1 gives an overview of different photovoltaic cell technologies and a review of the state-of-the art DSSC technology. Chapter 2 describes the techniques used for characterisation of DSSCs. Chapter 3 describes the fabrication of TiO2 based dye-sensitised solar cells. Chapter 4 presents the analysis of measurements obtained by the characterisation techniques. Finally chapter 5 summarises the work done and suggests directions for future work.

Photovoltaic energy is the most promising future energy source. Therefore, strong efforts are made to improve their price-to-efficiency ratio. New technologies and materials are being involved in the production, such as poly-crystalline materials rather than mono-crystalline silicon. Some of these materials are based on copperchalcopyrite with advantageous properties like directly tunable band gap, high absorption coefficients, low deposition temperatures, low-cost materials and capability of deposition on suitable materials. However, correlation between the thin film materials characteristics and device performance are not well understood, and increasing the efficiency needs an exhaustive comprehension of the different phenomena involved in their performance, such as role of defects, doping concentrations and potentials, which requires the development of innovative techniques for the characterization. Electron holography in the TEM would be very helpful, because it allows the quantitative reconstruction of the complex object wave. The measurement of phase and amplitude of the wave makes it possible to determine the potential in the object studied. In this manner, electron holography is a powerful tool for materials characterization at nanometre scale because it relates potential distributions with structure. However, artefacts can be introduced in the measurement. Therefore, the procedure of acquisition, reconstruction and correction of artefacts of the electron holograms, fundamental for the interpretation of the results in terms of potential, are in detail presented. Moreover, the object of study exhibits challenges to the technique because of their polycrystalline structure, which introduces dynamic interaction with the electron beam sometimes stronger than the desired one. Consequently it is necessary to have an adequate measurement procedure. To overcome this limitation, a characterization method including in-situ stimuli is proposed and applied to crystalline silicon and CIGS solar cells. For this, a suitable sample preparation procedure with Focused Ion Beam (FIB) milling, and a specially designed sample holder allowing illumination with light and biasing a TEM sample are developed and applied to solar cells. As result of the work, it is shown that expectedly the electron illumination has an important influence. It produces larger generation rates than 1 sun standard illumination. As counterpart, the recombination processes occurring at the surface of the small and thin sample tend to reduce the potential generated by the illumination. As consequence, only the p-n junction potential is usually measured. To produce an appreciable effect by illumination with light, the TEM lamella must be thicker, and the illumination intensity of the light must be strongly increased. This thesis realises the first extensive study of the application of electron holography to the measurement of potentials in solar cells applying in-situ illumination and biasing. The experimental findings were corroborated by simulation calculations. They show that the processes in the objects are essentially correctly understood, however, quantitative interpretation is not yet sufficiently accurate.:1. Introduction 2 Basics of Solar Cells 3 Potential measurement by electron holography 4 Application of electron holography on solar cells 5 Design, construction, characterisation and application of a TEM holder for in-situ biasing and illumination 6 TEM sample preparation for in-situ biasing and illumination 7 Measurement of built-in potential under in-situ illumination and bias of solar cells / Photovoltaik bietet eine vielversprechende Energiequelle der Zukunft. Deshalb werden große Anstrengungen unternommen, um ihr Preis-Nutzen-Verhältnis zu verbessern. Neue Technologien und Materialien, wie poly-kristalline Materialien werden interessanter als mono-kristallines Silizium. Einige dieser Materialien beruhen auf der Basis von Kupfer-Chalkopyrit mit vorteilhaften Eigenschaften, wie direkt einstellbarer Bandlücke, hohen Absorptionskoeffizienten, niedrigen Abscheidetemperaturen und Verwendung von Low-Cost-Materialien. Allerdings ist die Korrelation zwischen den Eigenschaften der Dünnschicht-Materialien und der Leistung der Solarzellen noch nicht ausreichend verstanden, um die Effizienz weiter zu steigern. Hierfür muss ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Phänomene wie der Rolle von Defekten, Dotierungskonzentrationen und Potenzialen erreicht werden, die die Entwicklung von innovativen Techniken für die Charakterisierung erfordert. Elektronen-Holographie kann zur Beantwortung dieser Fragen beitragen, weil sie die quantitative Rekonstruktion der komplexen Objektwelle im TEM erlaubt. Die Messung der Phase und der Amplitude der Welle macht es möglich, die Objektpotentiale zu bestimmen. Auf diese Weise wird Elektronen-Holographie ein leistungsfähiges Werkzeug für die Materialcharakterisierung im Nanometerbereich, weil sie Struktur und Potentialverteilung an derselben Stelle bestimmen kann. Doch können Artefakte und Missinterpretationen entstehen. Daher sind Aufzeichnung von Elektronenhologrammen sowie Rekonstruktion und Korrektur der Objektwelle von grundlegender Bedeutung für die Interpretation der Ergebnisse und werden im Detail vorgestellt. Ein spezielles Problem von polykristallinen Materialien ist die Tatsache, dass durch unterschiedlich orientierte Kristallite unterschiedliche Innere Potentiale gemessen werden können. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die Elektronen mit unterschiedlichen Körnern in unterschiedlicher Weise dynamisch wechselwirken; dies führt zu Phasendifferezen, die erheblich stärker sein können als die eigentlich interessanten Halbleiterpotentiale. Deshalb werden die holographischen Untersuchungen so modifiziert, dass die Objekte in-situ, beispielsweise unter Anlegen elektrischer Spannungen (“biasing”) oder Beleuchtung mit Licht, untersucht werden. Die hierzu nötigen neuen Präparationsverfahren für die Objekte werden entwickelt. Ebenso werden neue in-situ Objekthalter entwickelt, die diese Parameter gezielt zu verändern gestatten. Als Ergebnis der Arbeit wird auch gezeigt, dass die Elektronenbeleuchtung einen wichtigen Einfluss auf die gemessenen Potentialverteilungen hat. Sie produziert größere Generationsraten von Elektronen-Loch-Paaren als 1 sun (Standard-Beleuchtung). Tatsächlich werden durch Rekombinationsprozesse an der Oberfläche der Probe die induzierten Potentiale in der Solarzelle verringert. Als Folge wird in der Regel nur das Potenzial des pn-Übergang gemessen. Um eine spürbare Wirkung durch Bestrahlung mit Licht zu erzeugen, muss die TEM-Lamelle dicker gewählt werden, und die Beleuchtung muss wesentlich intensiver sein als unter normalbedingungen. Diese Dissertation realisiert die erste umfassende Studie über die Anwendung von Elektronen-Holographie für die Messung von Potenzialen in Solarzellen unter Anwendung von Biasing und in-situ-Beleuchtung. Die experimentellen Befunde wurden mit umfangreichen Simulationsrechnungen verglichen. Diese zeigen, dass die Vorgänge im wesentlichen qualitativ verstanden sind, auch wenn sie die gemessenen Potentialverteilungen quantitativ oft noch nicht mit der erwünschten Genauigkeit wiedergeben.:1. Introduction 2 Basics of Solar Cells 3 Potential measurement by electron holography 4 Application of electron holography on solar cells 5 Design, construction, characterisation and application of a TEM holder for in-situ biasing and illumination 6 TEM sample preparation for in-situ biasing and illumination 7 Measurement of built-in potential under in-situ illumination and bias of solar cells

The objective of this thesis is to develop low-cost high-efficiency crystalline silicon solar cells which are at the right intersection of cost and performance to make photovoltaics (PV) affordable. The goal was addressed by improving the optical and electrical performance of silicon solar cells through process optimization, device modeling, clever cell design, fundamental understanding, and minimization of loss mechanisms. To define the right intersection of cost and performance, analytical models to assess the premium or value associated with efficiency, temperature coefficient, balance of system cost, and solar insolation were developed and detailed cost analysis was performed to quantify the impact of key system and financial parameters in the levelized cost of electricity from PV.

Thesis (M.S.)--Miami University, Dept. of Paper and Chemical Engineering, 2009. / Title from first page of PDF document. Includes bibliographical references (p. 64-69).

[ES] El objetivo principal de esta tesis es contribuir al avance de nuevas técnicas de elaboración con bajo coste, utilizando materiales tipo de cobre, indio, galio y selenio CIGS y Perovskita para aplicaciones en energía solar fotovoltaica. CIGS parecen ser adecuadas ya que son de bajo costo de producción y se han reportado eficiencias de conversión del 23,35%. Por otro lado, las perovskitas híbridas de haluros de plomo orgánicos-inorgánicos han aparecido como nuevos materiales excepcionales para celdas solares, especialmente porque la eficiencia de las celdas solares basadas en perovskita ha aumentado del 3.8% al 22.7% en menos de un lustro. Este trabajo se ha dedicado a experimentar sobre la elaboración y caracterización de CIGS y los perovskitas de metilamonio de yoduro de plomo de (MAPbI3) y formamidinio de yoduro de plomo (FAPbI3), que se utilizo tanto en la aplicación a las células solares de perovskitas y en las células Tándem CIGS-perovskita. Las películas se caracterizaron por difracción de rayos X, espectroscopía Raman, microscopía electrónica de barrido, análisis de espectroscopía de energía dispersiva, microscopía de fuerza atómica, transmisión electrónica microscopía, fotoluminiscencia y espectroscopia UV-Vis. En las capas de CIGS depositadas por electrodeposición se investigó el efecto de diferentes parámetros, También investigamos en detalle el efecto del contacto posterior en las propiedades estructurales y ópticas de CIGS. Constatamos que el tipo de contacto posterior tiene un efecto significativo en el rendimiento posterior de las películas delgadas CIGS. Además, estudiamos la técnica de espray pirólisis para producir películas CIGS. Se estudió el proceso de recocido, que es el factor clave para mejorar el rendimiento de las células solares. Se elaboraron diferentes películas delgadas constituidas de nuestro dispositivo CdZnS/CdS/CIGS/Mo eso utilizó una capa conductora transparente de CdZnS para minimizar la alineación de la interfaz. Por otro lado, se analizó el proceso de cristalización y la estabilidad de las capas MAPbI3. Las capas de MAPbI3 se trataron añadiendo antisolvente a diferentes velocidades. Durante el tratamiento se producen intercambios complejos que influencian muchas propiedades fisicoquímicas. Se investigaron las propiedades ópticas y eléctricas de las películas de MAPbI3. Para mejorar la estabilidad de MAPbI3, se incorporó tetrabutilamonio (TBA), observando una mejora en la formación de la estructura perovskita que crece en la dirección preferente (110). La fase cristalina de MAPbI3 dopada con TBA presenta mejor cristalinidad, gran tamaño de grano, morfología superficial sin poros lo que es adecuado para la fabricación de dispositivos optoelectrónicas con mayor rendimiento. Además, hemos identificado el impacto de TBA en las propiedades foto físicas de MAPbI3. En las muestras de TBA:MAPbI3 aumenta la intensidad de la fotoluminiscencia al reducir la densidad de los estados de trampa y la absorción óptica muestra un cambio significativo hacia longitudes de onda más largas y la banda prohibida óptica varió de 1.8 a 1.52 eV. Finalmente, las muestras dopadas con 5% TBA mejoraron su estabilidad y se encontró que después de 15 días la estabilidad permanecía excelente en una humedad de ~ 60%. Por otra parte, investigamos el efecto de guanidinio (GA) sobre las propiedades estructurales y ópticas de FAPbI3. La relación entre la fase a de perovskita deseable y la fase indeseable y se ha estudiado en función del contenido de GA. Se comprobó que el dopaje con GA es eficaz en el control de la relación de fases a/y y luego en la estabilización de la fase a. Los resultados muestran que añadiendo una cantidad adecuada del 10% GA conduce a una mejora de película de perovskita que se evidencia en la homogeneidad de la fase a estable, granos de mayor tamaño y capas libres de poros. Además, 10% GA:FaPbI3 demostraron una excelente estabilidad después de ser envejecidas durante 15 días en un ambiente con humedad relativa del 60%. / [EN] The thesis work presented is part of the work in the Laboratory of New Materials for Photovoltaic Energy in the main target to use low cost techniques for elaboration of Perovskite and Copper, indium, gallium, and selenium CIGS materials for photovoltaic application. Organic-inorganic lead halides perovskites have currently and exceptionally appeared as new materials for low cost thin film solar cells specially that the efficiency of perovskite based solar cell have jumped from 3.8% to 22.7% in short time.in other hand, CIGS solar cells record 23.35% efficiency and still can be boosted. Here, we report the elaboration and characterization of CIGS as well as methylammonium lead iodide perovskites MAPbI3 and formamidinuim iodide lead iodide perovskites FAPbI3 absorbers for perovskite-based solar cells and Tandem Perovskites/ CIGS. The thin films prepared were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis, atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), Photoluminescence analysis (PL) and UV-Vis spectroscopy. The first stage was devoted for the effect of different parameters on the growth of CIGS by electrodeposition and we investigate the impact of different back contact in structural and optical proprieties. In a second stage, we report the growth of CIGS films by spray pyrolysis, we studied the effect of experimental parameter also the annealing process which is the key factor for improving the performance of solar cells,subsequently we elaborated different films constituted CdZnS/CdS/CIGS/Mo solar cells, the approach is to change the toxic ZnO by using a transparent, conductive CdZnS layer. In other hand, MAPbI3 film was investigated in order to optimize the chemical composition and to study the crystallization process also to get sight about the stability of perovskite materials to meet the requirement of their application as an active layer in perovskite solar cell. For this purpose. the MAPbI3 film surface was treated by adding diethyl ether antisolvent with different rates. during the treatment complex exchanges are appearing at the same time under the influence of quite a lot of physicochemical properties. A whole understanding of this topic is critically important for improving solar cell performance. MAPbI3 doped by the tetrabutylammonium TBA is boosting the formation of perovskite structure, leading to a higher orientation along the (110) and shows better crystallinity, large grain size, pinhole-free, which is suitable for the manufacturing of the optoelectronic devices with higher performance. Also, we have identified the impact of TBA in the photo-physical properties, we have noticed that the TBA improve the photoluminescence emission by reducing the density of trap states and the optical absorption indicates a significant shift to the lower wavelength and optical bandgap varied from 1.8 to 1.52 eV. Finally, the stability was explored for 5% TBA, it found that after 15 days the stability remained excellent in relative humidity of ~60%. These results would be helpful for realizing stable and high performance MAPbI3-based devices. Furthermore, we inspect the effect of monovalent cation substitution of Guanidinium (GA) on the structural and optical properties of FAPbI3 thin films perovskites. The ratio between the desirable a-phase and the undesirable y yellow phase is studied as a function of GA content. GA doping is shown to be efficient in the control of a/y phases ratio and then in the stabilization of the a-FaPbI3 phase. We qualitatively evaluate the impact of 10% of guanidinium on the phase composition and microstructure of films. The results show that an adequate amount of 10% GA:FaPbI3 leads to a homogeneous perovskite film with stable a phase, large grains, and free pinholes. 10% GA: FaPbI3 films demonstrate excellent stability after aging for 15 days in relative humidity of~60%. / [CA] L'objectiu principal d'aquesta tesi és contribuir a l'avanç de noves tècniques d'elaboració de baix cost, fent servir materials d'aliatges del tipus de coure, indi, gal·li i seleni (CIGS) i perovskites, per a aplicacions en energia solar fotovoltaica. El CIGS sembla ser adequat ja que són de baix cost de producció i s'han reportat eficiències de conversió del 23,35%. D'altra banda, les perovskites híbrides d'halurs de plom orgànics-inorgànics han aparegut com a nous materials excepcionals per cel·les solars, especialment perquè l'eficiència de les cel·les solars basades en perovskites ha augmentat del 3.8% al 22.7% en menys d'un lustre. En el present treball, reportem l'elaboració i caracterització de CIGS y de perovskitas de iodur de plom de metilamoni (MAPbI3) i de iodur de plom de formamidini (FaPbI3) per a les cèl·lules solars de CIGS i tàndem Perovskites/CIGS. En les capes de CIGS dipositades per electrodeposició es va investigar l'efecte dels diferents paràmetres sobre el procés d'electrodeposició, així com l'efecte del contacte posterior sobre les propietats estructurals i òptiques del CIGS. Ens trobem que el tipus de contacte posterior té un efecte significatiu en la posterior interpretació de pel·lícules primes CIGS. A més, vam estudiar la tècnica de polvorització de la piròlisi per produir pel·lícules de CIGS. Es va estudiar el procés de recuit, que és el factor clau per millorar el rendiment de les cèl·lules solars. Es van produir diferents pel·lícules fines formades pel nostre dispositiu CdZnS/CdS/CIGS/Mo que utilitzaven una capa conductiva CdZnS transparent per minimitzar l'alineació de la interfície. D'altra banda, es van investigar perovskites MAPbI3, amb la finalitat d'optimitzar la composició química i estudiar el procés de cristal·lització també per a conèixer l'estabilitat dels materials de perovskita. la cristal·lització s'aconsegueix alentint la solubilitat en una solució saturada mitjançant l'addició d'una quantitat diferent de l'antisolvent d'èter dietílic. Durant el tractament apareixen al mateix temps intercanvis complexos sota la influència de moltes propietats fisicoquímiques. Una comprensió completa d'aquest tema és de vital importància per a millorar el rendiment. Amb l'objectiu principal d'augmentar l'estabilitat de MAPbI3, el tetrabutilamoni (TBA) es pot incorporar a MAPbI3, impulsant la formació de l'estructura de perovskita, la qual cosa porta a una major orientació al llarg de (110). MAPbI3 dopades amb TBA presenten una millora de la cristalinitat, major grandària, la qual cosa és adequada per a la fabricació de dispositius optoelectròniques de major rendiment. A més, hem identificat l'impacte de TBA en les propietats foto físiques de MAPbI3. Hem notat que el dopatge amb TBA millora tant l'emissió de la fotoluminiscència en reduir la densitat dels estats de trampes com l'absorció òptica on apareix un canvi significatiu de la banda òptica prohibida cap a longituds d'ona més llargues que significa disminuir l'energia del gap, que va variar de 1.8 a 1.52 eV. Finalment, es va explorar l'estabilitat per les perovsquites dopades amb 5%TBA. Es va trobar que després de 15 dies l'estabilitat romania excel·lent en un humitat de 60%. A més, hem estudiat FAPbI3 com un dels materials de perovskita més atractius. Hem investigat l'efecte de la substitució de guanidini (GA) sobre les propietats estructurals i òptiques de FAPbI3. La relació entre la fase a de perovskita desitjable i la fase indesitjable y es va estudiar en funció del contingut de GA. Es mostra que el dopatge amb GA és eficaç en el control de la relació de fases a /y i després en l'estabilització de la fase a-FaPbI3. Els resultats mostren que una quantitat adequada de 10% GA condueix a una pel·lícula homogènia amb fase a estable, grans grans lliures de porus i forats. Les pel·lícules de 10% GA:FaPbI3 demostraren una excel·lent estabilitat després de l'envelliment durant 15 dies en un ambient humit (humitat relativa de 60%). / Bouich, A. (2020). Study and Characterization of Hybrid Perovskites and Copper-Indium-Gallium Selenide thin films for Tandem Solar Cells [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160621 / TESIS

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Nepal, a country located between India and China, is one of the world’s least developed countries.  Access to electricity is a problem throughout Nepal. Both for the grid connected areas that suffer from power cuts up to 16 hours a day during the dry season, and for remote areas where lack of money, infrastructure or even the location itself set limits for the electrification. In the eastern part of Nepal, around 100 km south of Mount Everest is Thade, a small mountain village with about 200 residents. Until 2015 the village only had an old, dilapidated school building that was in such bad condition that it could barely be used. Therefore, many of the children in the village did not go to school, and it was only the families with enough money that could send their children to a better school. Other children had to walk for hours to reach the nearest school. With contribution and support from a Swedish-Nepali non-government organisation (NGO) a new school opened in May 2015. One year later there are 42 children at the Grace Academy School. One of the main problems for the school today is that they do not have any electricity, which places limitations on both teachers and students. The purpose of this study was to investigate if it is possible, in a simple and sustainable way use a solar cell system with battery storage to meet the basic needs for electricity of the school. The aim was to build a simulation model, of the energy system, in MATLAB’s Simulink® program and then validate the result from that model to the result from the commercial solar system program PVsyst. Tilt and orientation of the panels was optimized specifically for Thade School to get as much electricity as possible from the prevailing conditions. Further, the aim was to, through interviews and conversations with the residents in the village and people connected to the school project, gain an understanding of how electrification of Thade School would affect the school, the teachers and the students, as well as the village and its residents. In general, Nepal has very good conditions for solar power, with around 300 days of sunshine annually. According to the residents of Thade, the weather is usually clear and sunny early in the morning, but after 10am it most often becomes cloudy and foggy. Hence investigation whether solar power in Thade would work is interesting. Electrification of the school would allow for easier learning and most likely increase the status of the school in the surrounding area. It would be easier for students and stuff to get information from the outside world, especially if their plan for Internet access is incorporated in the future. The interest for teachers to come to Thade would perhaps increase. Today the school has a hard time getting good teachers to come, to teach and live in the small mountain village. The children attending the school would also have a better chance to compete with other children to enter University or further educations. The advantages of electrification for Thade are clear.   Three different cases were simulated, with different assumptions of the solar radiation. The results showed that solar power could cover about 95 % of the annual demand, based on the needs that were reported as needed today. / Nepal, ett land inklämt mellan Indien och Kina, är ett av världens minst utvecklade länder. Tillgången på elektricitet är ett problem i hela Nepal, både för de nätanslutna områdena som kan ha strömavbrott upp till 16 timmar per dygn under torrperioden, men även för avlägsna områden där bristen på pengar, infrastruktur eller bara platsen sätter gränser för elektrifiering. I den östra delen av Nepal, ca 100 km söder om Mount Everest, ligger Thade, en liten bergsby med ca 200 invånare. Fram till 2015 hade byn endast en gammal sliten skolbyggnad som var i sådant dåligt skick att den knappt gick att använda. Därför gick många av barnen inte i skolan, och det var bara familjer med mycket pengar som kunde skicka sina barn till bättre skolor. Andra barn var tvungna att gå i timmar för att komma till den närmsta skolan. Med bidrag och stöd från en Svensk-Nepalesisk icke-statlig organisation (NGO), kunde en ny skola öppna i maj 2015. Ett år senare går 42 barn i Grace Academy School. Ett av de största problemen för skolan idag är att de inte har någon elektricitet, vilket skapar begränsningar för både lärare och elever. Syftet är att undersöka om det är möjligt att på ett enkelt och hållbart sätt kunna tillgodose skolans grundläggande behov av el genom ett solcellssystem med batterilagring. Målet är att bygga en simuleringsmodell, över energisystemet, i MATLABs Simulink® program och sedan validera resultatet från den modellen med resultatet från det kommersiella solsystem programmet PVsyst. Lutning och orientering av solpanelerna kommer att optimeras specifikt för Thade skolan för att få ut så mycket energi som möjligt från de rådande förhållandena. Vidare är syftet att genom intervjuer och samtal med invånarna i byn och personer med anknytning till skolprojektet, få en förståelse för hur en elektrifiering av skolan i Thade kan komma att påverka skolan, lärarna och eleverna, men också byn och dess invånare. Nepal har i allmänhet mycket goda förutsättningar för att använda solenergi, med ca 300 soldagar per år. Enligt personerna som bor i Thade är vädret ofta råder ofta klart och soligt på förmiddagen, men ungefär efter klockan 10 blir det ofta molnigt och dimmigt. Av den anledningen är det intressant att undersöka möjligheterna för solenergi i just Thade. Elektrifiering av skolan skulle underlätta utbildningen och förmodligen höja statusen för skolan. Det skulle göra det enklare för både elever och personal att få tillgång till information, speciellt om planen att i framtiden skaffa internet går i lås. Intresset att vara lärare i Thade skulle förhoppningsvis öka. Idag har skolan svårt att få bra lärare som vill komma och undervisa och bo i den lilla bergsbyn. Barnen skulle också få en större chans att tävla med andra barn om att komma in på universitet eller vidareutbildningar. Fördelarna med elektrifiering av Thade skolan är många. Tre olika simuleringar gjordes, med olika antaganden för solinstrålningen. Resultatet visade att solenergin kan täcka ca 95% av den årliga efterfrågan, utifrån de behov som sades behövas idag.

Στη παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκαν ευαισθητοποιημένες ηλεκτροχημικές ηλιακές κυψελίδες. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη βελτιστοποίηση κύριων χαρακτηριστικών των κυψελίδων αυτών, όπως είναι η απόδοση και ο χρόνος ζωής των ηλεκτρονίων. Για το σκοπό αυτό, παρασκευάστηκαν ηλεκτροχημικές κυψελίδες οι οποίες περιείχαν λεπτά υμένια ημιαγωγού TiO2. Δοκιμάστηκαν διαφορετικά υλικά κατά τη σύνθεση της πάστας TiO2 (ΗNO3, CH3COCH2COCH3, H3PO4) καθώς και διαφορετικοί τρόποι παρασκευής των υμενίων αυτών (doctor blade, spin coating), με στόχο πάντα την επίτευξη υψηλότερης απόδοσης. Έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων έτσι ώστε να προσδιοριστούν οι διάφοροι παράγοντες στους οποίους οφείλονται τα προβλήματα στη λειτουργία των κυψελίδων αυτών. Για την ευαισθητοποίηση των παραπάνω υμενίων δοκιμάστηκε η χρωστική ρουθηνίου Ν3. Επίσης, στο αρχικό στάδιο των πειραμάτων, τα υμένια TiO2 των κυψελίδων χαρακτηρίστηκαν και ως προς τη μεταβατική φωτοαγωγιμότητά τους για μια επιπλέον ένδειξη της συμπεριφοράς τους στο κενό και στον αέρα. Η μέτρηση της μεταβατικής φωτοαγωγιμότητας έγινε, επίσης, και σε διαφορετικά πάχη υμενίων με στόχο τον καθορισμό του βέλτιστου πάχους. Δείγματα που περιείχαν HNO3 διαπιστώθηκε πως είχαν υψηλότερη απόδοση εν αντιθέσει με δείγματα που περιείχαν H3PO4 τα οποία είχαν χαμηλότερη απόδοση. Ο χρόνος ζωής ενός ηλεκτρονίου φαίνεται να διατηρείται σε υψηλά επίπεδα σε δείγματα που περιείχαν ΗΝΟ3, εν αντιθέσει με άλλα δείγματα στα οποία ο χρόνος ζωής είτε είχε ραγδαία μείωση εξαρχής (Η3PO4), ή είχε ασυνήθιστη μείωση και αύξηση στη δεύτερη και τρίτη μέτρηση (CH3COCH2COCH3). Η προσθήκη CH3COCH2COCH3 στην παρασκευή των υμενίων είχε ως αποτέλεσμα υμένια με υψηλότερη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα τόσο στο κενό, όσο και στον αέρα, όμως, χωρίς ιδιαίτερη σταθερότητα. Αντίθετα, η προσθήκη HNO3 παρουσίασε ομαλότερη συμπεριφορά και σαφώς υψηλότερη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα στα υμένια σε σύγκριση με υμένια που περιείχαν H3PO4, τα οποία ίσως και λόγω υψηλής ηλεκτραρνητικότητας της φωσφορικής ρίζας σε σύγκριση με αυτή της νιτρικής ρίζας, φάνηκαν ιδιαιτέρως ασθενή. Τα δείγματα παρουσίαζαν μείωση της απόδοσης σε συνάρτηση με το χρόνο. Επιπλέον, το γενικό συμπέρασμα για το πάχος ήταν πως πρέπει να κυμαίνεται γύρω στα 10μm για την αποδοτικότερη λειτουργία μιας ηλεκτροχημικής κυψελίδας. Το υμένιο τέτοιων κυψελίδων αποδείχτηκε πως έχει τη βέλτιστη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα στο κενό και στον αέρα, επίσης. Επιπρόσθετα, η σύνδεση των ηλεκτροδίων ομοεπίπεδα (coplanar) σε σχέση με τη την σύνδεση τους ως σάντουιτς δίνει καλύτερα αποτελέσματα και μάλιστα με διαφορά μεγέθους τεσσάρων τάξεων, όσον αφορά τη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα τόσο στο κενό, όσο και στον αέρα. Τέλος, η μέθοδος εναπόθεσης spin-coating ενδείκνυται για τα συγκεκριμένα πειράματα, λόγω επίτευξης υμενίων ιδιαιτέρως ομοιόμορφων και με επαναληψιμότητα. Λόγω επίτευξης μικρού πάχους υμενίων, ενδείκνυνται οι πολλαπλές επιστρώσεις για μεγαλύτερο πάχος των υμενίων. Συνίσταται, επίσης, εναλλακτικά είτε πυκνότερη πάστα, είτε λιγότερα δευτερόλεπτα περιστροφής, ή συνδυασμός αυτών των δύο παραμέτρων. Αντιθέτως, η μέθοδος doctor blade οδήγησε σε υμένια που δεν ήταν τόσο ομοιόμορφα και αυτό το γεγονός είχε αντίκτυπο και στη λειτουργία της κυψελίδας. / In the present thesis, dye-sensitized solar cells were studied. Particular emphasis was placed on optimizing the main characteristics of these cells, such as the efficiency and the lifetime of electrons. For this purpose, dye-sensitized solar cells were prepared containing thin films of semiconductor TiO2. Different materials were tested during the composition of the paste TiO2 (ΗNO3, CH3COCH2COCH3, H3PO4) as well as different ways of preparation of these films (doctor blade, spin coating), always aiming to achieve higher performance. Also, the results compared in order to identify individual factors behind the problems in the functioning of these cells. For the sensitization of these films, the ruthenium dye N3 was tested. Also, at the initial stage of the experiments, the TiO2 films of the cells were characterized in terms of their transient photoconductivity for an additional indication of the behavior in vacuum and in air. The measurement of the transient photoconductivity was taken place also at different film thicknesses in order to determine the optimal thickness. Samples containing HNO3 found to have higher performance unlike samples containing H3PO4 which had a lower performance. The lifetime of an electron appears to persist at high levels in samples containing HNO3, in contrast with other samples in which the lifetime was either rapidly reducing from the beginning (H3PO4), or had unusual decrease and increase in the second and third measurement (CH3COCH2COCH3). Adding CH3COCH2COCH3 in the preparation of the films had as a result films with higher transient photoconductivity both in vacuum and in air, but without particular stability. In contrast, the addition of HNO3 showed smoother behavior and clearly higher transient photoconductivity in films in comparison with films containing H3PO4, which perhaps due to the high electronegativity of phosphate in comparison with that of the nitrate anions, seemed particularly weak. The samples showed a reduction as a function of the time. Moreover, the overall conclusion for the thickness was that it should range around 10μm in order to achieve the most efficient operation of an electrochemical cell. It has proved that the film of such cells has the most optimum transient photoconductivity in vacuum and in air, too. Additionally, the coplanar way of connecting electrodes in relation with the “sandwich” way of connecting electrodes gives better results, with difference of four grades size concerning the transient photoconductivity both in vacuum and in air. Finally, the method of spin-coating deposition is indicated for these experiments, achieving films particularly uniform and highly reproducible. Since films are thin, multiple coatings are appropriate for thicker films. Also, it is recommended, alternatively, either denser paste or fewer seconds of rotation, or a combination of these two parameters. In contrast, doctor blade method leaded to films that are not uniform at all and this fact had an impact on the function of the cell.

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