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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Mixed cation and mixed halide perovskites solar cells : degradation analysis and modification with graphene oxide = Células solares de perovskitas de cátion e haletos mistos: análise da degradação e modificação com óxido de grafeno
Title Alternative: Células solares de perovskitas de cátion e haletos mistos : análise da degradação e modificação com óxido de grafeno
Author: Marchezi, Paulo Ernesto, 1990-
Advisor: Nogueira, Ana Flávia, 1973-
Abstract: Resumo: As perovskitas multicomponentes do tipo CsxFA1-xPb(BryI1-y)3 são materiais promissores para obtenção de células solares perovskitas e também células solares "tandem" altamente eficientes. Na primeira parte deste trabalho estudou-se os mecanismos de degradação desses filmes multicomponentes. Os resultados obtidos mostram que a degradação é um processo complexo, com a formação de vários intermediários e diversos possíveis produtos finais da degradação. A análise de difração de raios-X in-situ, realizada nos primeiros estágios da degradação indica que, diferentemente das perovskitas de MAPbI3, a degradação desses filmes inicia-se com a formação de fases hexagonais que por sua vez são convertidos em fases hidratadas de perovskita. As etapas iniciais da degradação também foram monitoradas pela primeira vez por microscopia eletrônica de varredura ambiental in-situ (ESEM) com 75% RH. As imagens ESEM mostram que a degradação inicia-se nos "vales" da morfologia enrugada que é comum nesses filmes, possivelmente por causa do menor tamanho de grão nessas regiões. A análise XPS confirma que os filmes de perovskita hidratada continuam a reagir com o meio ambiente, levando à formação de hidróxidos, carbonatos e óxidos metálicos como produtos finais. Esses resultados também indicam que o mecanismo de degradação é dependente da concentração de Cs e de Br, fornecendo orientações para a escolha das melhores composições para células solares eficientes e mas mais estáveis. Na segunda parte, a introdução na solução precursora de perovskita do óxido de grafeno reduzido (RGO) foi realizada, com o objetivo de estudar como o RGO interfere na qualidade optoeletrônica e na formação do filme perovskita. Estudos in-situ de GIWAXS foram realizados durante o processo de deposição por spin-coating. Observou-se uma diminuição na taxa de formação da fase perovskita bulk. As imagens SEM-FEG mostram um aumento notável no tamanho dos grãos para as perovskitas que contêm RGO. Os resultados das células solares mostraram que a incorporação de RGO cujo grau de redução é maior promoveu um aumento eficiência do dispositivo (PCE), principalmente relacionado ao aumento nos valores de Jsc e Voc. O melhor resultado (PCE = 14%) foi alcançado com o precursor contendo o RGO reduzido por 20h. Além da obtenção de um dispositivo com PCE superior ao dispositivo padrão, o estudo preliminar da estabilidade dos dispositivos modificados com RGO mostrou que os filmes formados por maiores grãos de perovskita apresentaram uma degradação mais lenta

Abstract: Multicomponent perovskites of the type CsxFA1-xPb(BryI1-y)3 are promising materials for highly efficient perovskite and tandem solar cells. In the first part of this work, the degradation mechanisms of these multicomponent films were studied. The results obtained show that degradation is a complex process, with the formation of several intermediates and several possible end products of degradation. In-situ X-ray diffraction analysis, carried out in the early stages of degradation, indicates that, unlike MAPbI3 perovskites, the degradation of these films begins with the formation of hexagonal phases which in turn are converted into hydrated phases of perovskite. The initial stages of degradation were also monitored for the first time by in-situ environmental scanning electron microscopy (ESEM) with 75% RH. ESEM images show that degradation starts in the "valleys" of the wrinkled morphology that is common in these films, possibly because of the smaller grain size in these regions. The XPS analysis confirms that hydrated perovskite films continue to react with the environment, leading to the formation of hydroxides, carbonates and metal oxides as final products. These results also indicate that the degradation mechanism is dependent on the concentration of Cs and Br, providing guidance for choosing the best compositions for efficient and more stable solar cells. In the second part, the introduction of reduced graphene oxide (RGO) in the perovskite precursor solution was carried out, with the objective of studying how RGO interferes in the optoelectronic quality and in the formation of the perovskite film. In-situ studies of GIWAXS were carried out during the spin-coating deposition process. A decrease in the rate of formation of the bulk perovskite phase was observed. SEM-FEG images show a notable increase in grain size for perovskites containing RGO. The results of the solar cells showed that the incorporation of RGO whose degree of reduction is greater promoted an increase in the efficiency of the device (PCE), mainly related to the increase in the values of Jsc and Voc. The best result (PCE = 14%) was achieved with the precursor containing the reduced RGO for 20 hours. In addition to obtaining a device with PCE superior to the standard device, the preliminary study of the stability of the devices modified with RGO showed that the films formed by larger grains of perovskite showed a slower degradation
Subject: Células solares
Perovskita
Óxido de grafeno reduzido
Radiação sincrotrônica
Microscopia
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: MARCHEZI, Paulo Ernesto. Mixed cation and mixed halide perovskites solar cells: degradation analysis and modification with graphene oxide = Células solares de perovskitas de cátion e haletos mistos: análise da degradação e modificação com óxido de grafeno . 2020. 1 recurso online (157 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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