Desarrollo de películas transportadoras de huecos basadas en poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estireno sulfonato) (PEDOT: PSS), y evaluación de su efecto en celdas solares de perovskita invertidas

• Autores: Eider Ansisar Erazo Moreno
• Directores de la Tesis: Pablo Ortiz Herrera (dir. tes.), M. Teresa Cortes Montañez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de los Andes (Colombia) ( Colombia ) en 2021
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    La disminución progresiva de los combustibles fósiles y la creciente demanda energética ligada al avance de la sociedad han promovido el desarrollo de varias fuentes de energía renovable. Para aprovechar la energía solar fotovoltaica han surgido las celdas solares de perovskita (CH3NH3PbI3). Estas celdas incorporan materiales semiconductores como el PEDOT:PSS, este polímero conductor se utiliza como material transportador de huecos (MTH). En esta investigación se aprovechó la síntesis electroquímica del PEDOT para producir MTHs con variadas propiedades eléctricas, electrónicas, y superficiales. La síntesis electroquímica permitió ajustar el dopaje del polímero al agregar Cl- en la solución de síntesis. El PEDOT:PSS-Cl producido de este modo resultó en celdas de perovskita con estabilidad mejorada respecto al PEDOT:PSS comercial. Por otro lado, se pretendió modificar el HOMO del PEDOT al incorporar dopamina, pero esta modificación por vía electroquímica resultó en problemas de cobertura del MTH electropolimerizado. Mediante el uso de una bicapa PEDOT:PSS-Cl/Al2O3 electrodepositados, la capa aislante de Al2O3 permitió pasivar la perovskita y restringir el paso de iones haluro hacia el PEDOT:PSS-Cl. Como resultado incrementó la eficiencia de las celdas solares y también la estabilidad durante la operación en continuo. Además, se demostró que simplemente al cambiar la señal de electropolimerización (potenciodinámica, potenciostática, o galvanostática) se consiguen MTHs con variados niveles de dopaje y propiedades superficiales que repercuten en la eficiencia de las celdas, llegando a un 15% de eficiencia. Por último, se demostró que los cationes presentes en la solución de síntesis afectan las propiedades del polímero electrodepositado, y el comportamiento de la estabilidad y la eficiencia de las celdas solares varía según el tipo de catión empleado.

  • English

    The progressive decrease in fossil fuels and the growing energy demand linked to the progress of society have promoted the development of various sources of renewable energy. To take advantage of photovoltaic solar energy, perovskite (CH3NH3PbI3) solar cells have emerged. These cells incorporate semiconductor materials such as PEDOT:PSS, this conductive polymer is used as a hole transporting material (HTM). In this research, the electrochemical synthesis of the PEDOT was used to produce HTMs with varied electrical, electronic, and superficial properties. Electrochemical synthesis allowed adjusting the doping level of the polymer by adding Cl- into the synthesis solution. The PEDOT:PSS-Cl produced in this way resulted in perovskite solar cells with improved stability compared to commercial PEDOT:PSS. On the other hand, it was intended to modify the HOMO level of PEDOT by incorporating dopamine, but this electrochemical modification resulted in electropolymerized HTMs with coverage problems. By using an electrodeposited bilayer PEDOT:PSS-Cl/Al2O3, the Al2O3 insulating layer passivated the perovskite and restrict the migration of halide ions towards the PEDOT:PSS-Cl. As a result, the efficiency of the solar cells increased as well as the stability during continuous operation. In addition, it was demonstrated that simply by changing the electropolymerization signal (potentiodynamic, potentiostatic, or galvanostatic), HTMs with various doping levels and superficial properties are produced, these have an impact on the efficiency of the solar cells, and a 15% efficiency was demonstrated. Finally, it was demonstrated that the cations present in the synthesis solution affect the properties of the electrodeposited polymer, and the behavior of the stability and efficiency of the solar cells varies according to the type of cation employed.