Functional Materials for Perovskite Solar Cells

Tid: Fr 2020-02-28 kl 13.00

Plats: K2, Teknikringen 28, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemi

Respondent: Wei Zhang , Tillämpad fysikalisk kemi

Opponent: Professor Neil Robertson, University of Edinburgh

Handledare: Professor Lars Kloo, Molekylär elektronik, CMD, Tillämpad fysikalisk kemi

Abstract

Energi spelar en avgörande roll i vårt vardagliga liv. Dessvärre kommer den allra största delen av den energi som tillhandahålls från fossila bränslen, vilka orsakar allvarliga miljöproblem såsom luftföroreningar, global uppvärmning och ekologiska skador. Dessutom finns det uppskattningar som för fram påståenden om att resurserna av fossila bränslen kommer att sina kring 2088, vilket sammantaget understryker behovet av att undersöka och implementera förnybar energi. Bland alternativen återfinns solenergi, vilken ren, hållbar och rikligt tillgänglig. I jämförelse kan det konstateras att den energi som motsvarar ca 1,5 timmes solljus som träffar jordens yta motsvarar en hel årsförbrukning för hela världen. Perovskitsolceller (PSC) utgör en mycket lovande ny teknik för att kunna utnyttja solens energi grundat på deras höga omvandlingseffektivitet tillsammans med enkla tillverkningsprocesser. Dessvärre innehåller perovskitsolcellerna det giftiga grundämnet bly, vilket är skadligt för både miljö och människa. Dessutom är perovskitsolcellerna beroende av omgivande material för att de ska nå höga prestanda, och även dessa är behäftade med problem. Håltransportmaterialet (HTM) Spiro-OMeTAD är förknippat med en inneboende låg ledningsförmåga och känslighet mot fukt. Detta påverkar perovskitsolcellernas stabilitet och utgör ett hinder för vidare utveckling mot en kommersialisering. Den här avhandlingen är fokuserad mot olika funktionella material för perovskitsolceller.

Målet med denna avhandling är att utveckla miljövänliga och billiga funktionella material, vilka kan bidra till att lösa perovskitsolcellernas existerande problem och samtidigt ge insikter om effekterna av laddningstransport, dopning och ytpassivering.

I kapitel 1 och 2 presenteras en statusöversikt för PSC, liksom de experimentella och teoretiska metoder som använts i denna avhandling.

Kapitel 3 ägnas åt implementeringen av nya bly-fria koordinationsföreningar i solceller exemplifierat med två system; molybdenbaserade kluster och polyjodidlänkade guldkomplex. Målet med dessa studier var att identifiera helt nya och bly-fria ljusabsorbenter.

Kapitel 4 ägnas åt studier av fyra nya koordinationsföreningar som HTM till PSC. Dessa omfattar olika metalljoner som koordinationscentra och studerades systematiskt rörande redoxpotentialer, hål-mobilitet, ledningsförmåga samt molekylära packningsmönster.

Kapitel 5 omfattar studier av två nya p-typ dopningsmaterial för organiska hålledare baserade på Cu(bpcm)2 och (MeO-TPD)TFSI. Båda ökar markant ledningsförmågan hos Spiro-OMeTAD. (MeO-TPD)TFSI fungerar dessutom effektivt vid höga koncentrationer utan tillsatser av det hygroskopiska saltet LiTFSI, och detta leder till en tydligt bättre stabilitet hos de resulterande solcellerna. Strukturen hos oxiderad Sprio-OMeTAD resp Spiro(TFSI)2 har analyserats.

I kapiltel 6 undersöks slutligen effekterna av polyhedrala oligomera silsesquioxaner (POSS) med en serie av funktionella sidoarmar terminerade med amin- (−NH2), fosfin (−PH2), hydroxyl (−OH), and tiol (−SH) –grupper. Dessa har undersökts både teoretiskt med hjälp av täthetsfunktionalteori (DFT) för att uppskatta de olika systemens adsorptionsenergier tillsammans med effekter på solceller. POSS-systemen terminerade med amingrupper uppvisade starkast adsorption och tydligast stabiliserande effekter.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-267210

Innehållsansvarig:Sabina Fabrizi
Tillhör: CBH
Senast ändrad: 2020-02-04