Hybrid perovskite for light-emitting and photovoltaic devices
- Autores: Giulia Longo
- Directores de la Tesis: Henk J. Bolink (dir. tes.), Michele Sessolo (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Natalie Banerji (presid.), Enrique Ortí Guillén (secret.), Fernando Fresno García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Nanociencia y Nanotecnología por la Universidad de Alicante; la Universidad de Castilla-La Mancha; la Universidad de La Laguna; la Universidad Jaume I de Castellón y la Universitat de València (Estudi General)
- Materias:
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- Resumen
El objetivo de esta tesis es el desarrollo de métodos y materiales apropiados para la preparación de capas delgadas de perovskitas híbridas, y su implementación en dispositivos optoelectrónicos. Se dedicará particular atención a las relaciones entre la naturaleza del material, el método de deposición y las propiedades optoelectrónicas.
El trabajo está organizado como sigue: - Células solares de perovskitas preparadas por evaporación flash.
Se desarrolla un simple método de evaporación por la preparación de células solares.
- Dispositivos de perovskita con alta eficiencia fotovoltaica y electroluminiscente.
En este capítulo se presentan dispositivos optoelectrónicos de perovskitas preparados mediante co-evaporación que, además de presentar alta eficiencia fotovoltaica, lucen también electroluminiscencia.
- Compuestos de perovskita-óxido de aluminio altamente luminiscentes.
En este capítulo se presenta un método prometedor para el aumento del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia.
Cada capítulo se compone por una introducción del tema, seguida por una descripción detallada de las metodologías y por una discusión de los datos experimentales obtenidos.
En el capítulo 2 se presentó la evaporación flash, una técnica novedosa para la deposición de capas aptas para ser implementadas en células solares. Para conseguir dispositivos eficientes, es esencial el perfeccionamiento del protocolo de evaporación. En particular, la calidad de la capa evaporada puede ser sustancialmente modificada dependiendo de la forma de la perovskita empleada como precursor. Los mejores resultados se obtuvieron cuando el material para evaporar es depositado en forma de capa delgada encima de la hoja de metal, asegurando un intercambio de calor uniforme entre metal y perovskita y causando la rápida evaporación del MAPbI3. Con este método se prepararon células solares caracterizadas por una eficiencia superior al 12% con capas activas de perovskita de tan sólo 250 nm de grosor.
En el capítulo 3 se ha estudiado la relación entre fenómenos fotovoltaicos y electroluminiscentes en dispositivos de perovskitas. En particular se ha evidenciado como diodos de MAPbI3, empleados principalmente como células solares, pueden comportarse también cómo dispositivos emisores de luz. La electroluminiscencia de las perovskitas, a diferencia de la de los diodos orgánicos emisores de luz, es directamente proporcional a la densidad de corriente inyectada en el dispositivo. Por tanto, para aumentar la eficiencia de luminiscencia sin dañar los dispositivos por el estrés térmico que conlleva las altas corrientes, se ha medido el diodo de perovskita en corriente pulsada. De este modo, se ha podido obtener eficiencia doble comparada con la obtenida mediante corriente continua.
Los resultados presentados en el capítulo 3 indican que las perovskitas tridimensionales de metilamonio se caracterizan por una alta concentración de trampas electrónicas, que disminuyen las recombinaciones radiativas afectando negativamente la eficiencia de la electroluminiscencia. Por esta razón, un incremento del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia es necesario para la preparación de diodos de perovskitas emisores de luz. El capítulo 4 propone una estrategia para aumentar el PLQY de MAPbBr3, consistente en la preparación de compuestos de perovskita y Al2O3. Previamente se condujo un estudio para evaluar el efecto de la estequiometría de la perovskita, a través del cual se observó que un exceso de MABr ayuda a la formación de capas uniformes y compactas, y que además presentan un mayor PLQY. Cuando se añade el óxido de aluminio a la perovskita, el tamaño de los granos es reducido por efecto de la matriz de Al2O3, obteniendo un incremento del PLQY hasta el 39%. El comportamiento óptico de los compuestos perovskita-alúmina está dictado por la cantidad de Al2O3, y luminiscencia más intensa se ha alcanzado con el 50 wt.% de alúmina. En estas condiciones, el tiempo de vida y la constante radiativa de foto-luminiscencia se alargan gracias al mayor carácter excitónico de las nanopartículas de perovskitas, mientras que la componente no-radiativa se ve reducida por la pasivación de las trampas.
