Caracterización y modelado de celdas solares de capa delgada basadas en semiconductores orgánicos

Los semiconductores orgánicos (SOs) permiten la fabricación de celdas solares de bajo costo con grandes ventajas asociadas a su facilidad de síntesis. La necesidad del surgimiento de nuevas industrias de módulos fotovoltaicos para poder complementar la producción en base a silicio, da lugar a la utilización de materiales novedosos como los SOs. Para lograr celdas basadas en SOs que compitan con las tradicionales se debe lograr optimizar la fabricación de las mismas, que solo será posible a partir de la caracterización y del modelado. En este trabajo se abordó la fabricación y caracterización de dos tipos de celdas basadas en SOs implementando técnicas de fabricación novedosas: las celdas híbridas orgánicas-inorgánicas de heterojuntura distribuida (BHJh) y las celdas basadas en perovskita metal-orgánica (PrC). Para aplicar el modelado se decidió trabajar con un sistema muy conocido, la celda de heterojuntura plana (PHJ), que involucra los mecanismos físicos de los SOs.En los SOs la absorción de luz produce la generación de portadores de carga, electrones y huecos, vinculados electrostáticamente en un estado excitado denominado excitón. Para poder convertir estos portadores en corriente eléctrica es necesario disociar el excitón, lo que se puede lograr a través de una juntura entre dos SOs, generando un salto energético entre los niveles de energía a ambos lados de la juntura. Las celdas más sencillas con este principio de funcionamiento son las de heterojuntura plana (PHJ), que consisten en dos SOs preparados en capas una encima de la otra. A partir de datos de curvas tensión-corriente de celdas PHJ preparadas en un trabajo previo, se aplicó un modelo analítico con la menor cantidad de parámetros posibles, que incorpora la dependencia de la disociación de excitones con el campo eléctrico. El resultado de los ajustes de curvas tensión-corriente variando la intensidad de la luz incidente mostró una baja dependencia de la fotocorriente con el campo eléctrico, lo que a su vez indica una alta probabilidad de disociación de excitones en el grupo de celdas estudiadas. Al mismo tiempo las curvas presentaron un aumento de la pendiente para tensiones menores a 0 V, al aumentar la intensidad de la luz incidente. Los ajustes con el modelo demostraron que esta variación se puede explicar solo con un cambio en la resistencia paralelo, a partir de la presencia de shunts producidos por materiales fotoconductivos.Otra alternativa para separar los excitones es generando una heterojuntura distribuida, a partir de infiltrar un material inorgánico nanoestructurado de canales de diámetro menor a 50 nm, con un SO. En los SOs los excitones solo pueden recorrer una distancia limitada, del orden de 20 nm, antes de decaer al estado fundamental. Utilizando una geometría de juntura distribuida, estas celdas permiten generar y recolectar portadores fotogenerados en un espesor efectivo de la capa orgánica:inorgánicaiide más de 100 nm, permitiendo aumentar la absorción de luz y la fotocorriente. En este trabajo se prepararon celdas híbridas basadas en dióxido de titanio (TiO2) nanoporoso por sol-gel y el polímero (poli(3-hexiltiofeno-2,5-diil) regio regular (P3HT). Se logró comprobar la infiltración del polímero dentro de los poros y la generación de una capa de polímero externa a la nanoestructura, la cual permite el transporte de los huecos hacia el contacto eléctrico. También se observó la dependencia de la respuesta de las celdas con los parámetros de síntesis de TiO2, hallando una celda funcional de eficiencia máxima de 0.12 % al utilizar un conjunto de una capa densa y otra porosa de TiO2. Durante los ensayos se halló que estas celdas presentan una respuesta selectiva de la fotocorriente a la composición espectral de la luz. Al irradiar previamente con luz ultravioleta (UV), aumenta el valor de corriente que genera la celda al iluminar con otras longitudes de onda, mientras que al irradiar con luz visible los valores de corriente disminuyen. Ambos efectos logran una saturación en la fotocorriente después de algún tiempo de irradiación con una única longitud de onda, siendo más rápido el efecto frente a luz UV. Estos efectos presentaron mecanismos de reversibilidad al eliminar la exposición, y mostraron una cancelación entre ellos al exponer la celda a luz blanca de espectro AM 1.5. Se propone que ambos efectos están relacionados con la presencia de defectos electrónicos en capa de TiO2, producto de vacancias de oxígeno.Otra forma de incorporar SOs en celdas solares es como capas de transporte de portadores en celdas donde una perovskita metal-orgánica es la encargada de la fotogeneración. A diferencia de los semiconductores puramente orgánicos, en las perovskitas metal-orgánicas los excitones poseen una muy baja energía de ligadura, y la energía térmica presente en el material a temperatura ambiente alcanza para que los portadores puedan circular libres en el material, lo que favorece significativamente la acción fotovoltaica. En este trabajo se prepararon capas de perovskita CH3NH3PbI3 a partir de la reacción entre PbI2 y CH3NH3I (MAI). El PbI2 fue depositado por evaporación de bajo vacío en una cámara de evaporación de diseño propio, técnica que posee un potencial elevado para la aplicación industrial en la fabricación de semiconductores de bajo punto de sublimación o evaporación (menor a 500 °C). El CH3NH3I fue incorporado tanto por evaporación de bajo vacío como a partir de una solución de MAI. Se comprobó la formación de perovskita en todas las muestras, a partir de su energía de gap y de difractogramas. Las capas de perovskita mostraron comportamiento fotoconductivo con una longitud de difusión del orden de 50 nm. Se utilizaron capas reaccionadas con solución para obtener celdas solares, que ofrecieron una eficiencia máxima de 0.25 %. Estos resultados preliminares indican la factibilidad de preparar celdas de perovskita a partir de la evaporación de bajo vacío.Organic semiconductors (OSs) allow fabrication of low cost solar cells with significant advantages due to their synthesis simplicity. The need of new photovoltaic industries to complement silicon base production results in the utilization of novel materials like OSs. To obtain OSs based solar cells that can compete with traditional materials it is necessary to optimize the preparation methods, which is only possible through characterization and modeling. This work addressed the preparation and characterization of two type of OSs based solar cells using novel preparation techniques: bulk heterojunction hybrid organic-inorganic solar cells (BHJh) and metal-organic perovskite based solar cells (PrC). To model the devices under study it was chosen a well-known system, namely the planar heterojunction solar cells (PHJ) involving the OSs physical mechanisms. Absorption of light in OSs generates charge carriers, namely electrons and holes, which are electrostatically linked in an excited state named exciton. To convert charge carriers in electric current it is critical to dissociate the exciton, what can be achieved through a heterojunction between two OSs. This originates an energy discontinuity between the energy levels in both sides of the junction. The simplest cells with this working principle are planar heterojunction cells (PHJ), which are made with two OSs adjacent layers. A model with the lowest number of needed parameters was applied to current-voltage data from PHJ cells prepared in a previous work. Current-voltage curves fit with different light intensities showed a low photocurrent vs. electric field dependence, related with a high excitons dissociation probability for the studied cells group. Simultaneously, curves showed an increase in the slope for negative voltages, produced by the increase in light intensity. Fits with the model demonstrate that this variation can be explained only by a parallel resistance change, produced by the presence of photoconductive shunts. Another path to exciton dissociation is making a bulk heterojunction through the infiltration of an OS in a nanostructured inorganic material with channels of diameter lower than 50 nm. In OSs exciton movement is limited to a 20 nm distance, before decaying to the ground state. Using a bulk heterojunction geometry these cells allow the generation and collection of carriers in an effective thickness of the organic:inorganic layer larger than 100 nm, increasing light absorption and photocurrent. In this work, hybrid cells based on nanoporous TiO2 produced by sol-gel and P3HT polymer were prepared. Polymer infiltration inside the pores and the formation of a polymer layer external to the nanostructure were succesfully verified. The dependence of the solar cell with TiO2 synthesis parameters was also studied, finding a functional cell of maximum efficiency of 0.12% when using a set of a dense layer and another porous layer of TiO2. A selective photocurrent response to spectral composition of light was found during spectral response tests. Previous irradiation with UV light increases the current cell when other irradiation wavelengths are used, while visible light produces a decrement of current level. Both effects present photocurrent saturation times when a single wavelength is used, UV effect seems to be faster. Those effects are reversible by the end of light exposition, showing a mutual cancelation when the cell is irradiated with AM 1.5 white light. It is proposed that both effects are related to the presence of electronic defects in the TiO2 layer, product of oxygen vacancies. Yet another path to fabricate solar cells with OSs is using them as carrier transport layers in cells where photogeneration takes place in a metal-organic perovskite. Unlike purely organic semiconductors, excitons in perovskites have a very low binding energy. Thus, thermal energy present in the material at room temperature is enough to provide free circulation of carriers, which favours significantly photovoltaic action. In this work, CH3NH3PbI3 perovskite layers were prepared from the reaction between PbI2 and CH3NH3I (MAI). PbI2 was deposited by low vacuum evaporation in an evaporation chamber designed and built in-house. This technique has a great potential for industrial application for low sublimation or evaporation temperature semiconductors (less than 500 °C). CH3NH3I was incorporated either by low vacuum evaporation or from a MAI solution. The perovskite formation was verified in all samples, from its gap energy and diffractograms. Perovskite layers showed photoconductive behaviour with diffusion lengths on the order of 50 nm. Solution reacted layers were used to obtain solar cells, which yield a maximum efficiency of 0.25 %. These preliminary results indicate the feasibility of preparing perovskite cells from low vacuum evaporation.Fil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentin

Optical and electrical optimization of all-perovskite pin type junction tandem solar cells

A definitive breakthrough of perovskite solar cells towards large scale industrialization is believed to be the demonstration of higher efficiencies than conventional silicon technology, suggesting the exploration of perovskite tandem cell configurations. Since high efficiency tandem solar cells require careful optimization of photoactive as well as contact and additional functional layers, we propose an optical-electrical model to obtain the optimum layer thicknesses and the attainable electrical output parameters of two-terminal perovskite-perovskite tandem solar cells. The optical model takes into account the coherent propagation of light through the layer stack comprising two perovskite semiconductors and the corresponding contact layers, while the electrical model assumes two series-connected analytical current/voltage equations for pin solar cells. This model allows to assess the impact of the main physical parameters on each perovskite layer without requiring the high specificity needed in more rigorous numerical simulations. Efficiencies above 34 % are predicted considering available perovskites with non-optimum bandgap and contact materials already proven in efficient laboratory solar cells. The requisite to attain such efficiencies is that recombination at the interfaces between the perovskite and contact materials is kept low in both bottom and top cells. Furthermore, within the assumption of non-optimum bandgaps of currently available perovskites, the simulation results suggest that efficiencies around 37 % are possible when adopting contact materials with smaller absorption, more adequate refraction indices, and lower resistivity.Fil: Soldera, Marcos Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingeniería Química | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingeniería Química; Argentina. Technische Universität Dresden; AlemaniaFil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentin

Celdas solares híbridas de TiO₂: P3HT: estudios estructurales y electrónicos

Las celdas solares híbridas de estado sólido (CSH) son una tecnología prometedora porque aprovechan la alta versatilidad y flexibilidad de los materiales orgánicos, con la robustez y capacidad de diseño tridimensional de los oxidos metalicos mesoporosos. En particular, la fabricación de óxidos mesoporosos (TiO2) y nanoporos monodispersos de diámetro controlado por combinación de técnicas solgel y moldeado supramolecular, es muy conocida. Por parte de los materiales orgánicos, el P3HT es un material polimérico semiconductor de tipo p que se deposita sobre el TiO2 mediante spin coating. En este proyecto se realizaron distintos dispositivos, con el fin de realizar estudios estructurales, mediante técnicas de SEM y caracterizaciones eléctricas mediante curvas de tensión-corriente y mediciones de Space Charge Limited Current (SCLC). A través de la caracterización eléctrica se obtuvieron parámetros fundamentales como la eficiencia y la movilidad de carga y trampas eléctricas. Se obtuvo una fuerte correlación entre las trampas eléctricas y el desempeño de los dispositivos.The photovoltaic technology that combines organic and inorganic materials, hybrid solid state solar cells (CSH), is a promising technology since it takes advantage of the high versatility and flexibility of the organic materials, along with sturdiness and tridimensional design ability of the mesoporous metal oxides. The fabrication of mesoporous metal oxides (TiO2) and monodisperse nanopores by combining sol-gel and supramolecular modeling techniques is well known. On the side of the organic materials layers, P3HT was used (a type p polymer semiconductor) and deposited by spin coating. In this project, different devices were performed in order to determine structural studies by SEM techniques and electrical characterization by current-voltage curves and Space Charge Limited Current (SCLC) measurements. Fundamental parameters such as efficiency, charge mobility and electric traps were obtained by electrical characterization. A strong correlation between electrical traps and performance of the devices was found.Tema 4: Energía solar, conversión fotovoltaica.Facultad de Arquitectura y Urbanism

Celdas solares híbridas de TiO₂: P3HT: estudios estructurales y electrónicos

Las celdas solares híbridas de estado sólido (CSH) son una tecnología prometedora porque aprovechan la alta versatilidad y flexibilidad de los materiales orgánicos, con la robustez y capacidad de diseño tridimensional de los oxidos metalicos mesoporosos. En particular, la fabricación de óxidos mesoporosos (TiO2) y nanoporos monodispersos de diámetro controlado por combinación de técnicas solgel y moldeado supramolecular, es muy conocida. Por parte de los materiales orgánicos, el P3HT es un material polimérico semiconductor de tipo p que se deposita sobre el TiO2 mediante spin coating. En este proyecto se realizaron distintos dispositivos, con el fin de realizar estudios estructurales, mediante técnicas de SEM y caracterizaciones eléctricas mediante curvas de tensión-corriente y mediciones de Space Charge Limited Current (SCLC). A través de la caracterización eléctrica se obtuvieron parámetros fundamentales como la eficiencia y la movilidad de carga y trampas eléctricas. Se obtuvo una fuerte correlación entre las trampas eléctricas y el desempeño de los dispositivos.The photovoltaic technology that combines organic and inorganic materials, hybrid solid state solar cells (CSH), is a promising technology since it takes advantage of the high versatility and flexibility of the organic materials, along with sturdiness and tridimensional design ability of the mesoporous metal oxides. The fabrication of mesoporous metal oxides (TiO2) and monodisperse nanopores by combining sol-gel and supramolecular modeling techniques is well known. On the side of the organic materials layers, P3HT was used (a type p polymer semiconductor) and deposited by spin coating. In this project, different devices were performed in order to determine structural studies by SEM techniques and electrical characterization by current-voltage curves and Space Charge Limited Current (SCLC) measurements. Fundamental parameters such as efficiency, charge mobility and electric traps were obtained by electrical characterization. A strong correlation between electrical traps and performance of the devices was found.Tema 4: Energía solar, conversión fotovoltaica.Facultad de Arquitectura y Urbanism

Celdas solares híbridas de TiO₂: P3HT: estudios estructurales y electrónicos

Las celdas solares híbridas de estado sólido (CSH) son una tecnología prometedora porque aprovechan la alta versatilidad y flexibilidad de los materiales orgánicos, con la robustez y capacidad de diseño tridimensional de los oxidos metalicos mesoporosos. En particular, la fabricación de óxidos mesoporosos (TiO2) y nanoporos monodispersos de diámetro controlado por combinación de técnicas solgel y moldeado supramolecular, es muy conocida. Por parte de los materiales orgánicos, el P3HT es un material polimérico semiconductor de tipo p que se deposita sobre el TiO2 mediante spin coating. En este proyecto se realizaron distintos dispositivos, con el fin de realizar estudios estructurales, mediante técnicas de SEM y caracterizaciones eléctricas mediante curvas de tensión-corriente y mediciones de Space Charge Limited Current (SCLC). A través de la caracterización eléctrica se obtuvieron parámetros fundamentales como la eficiencia y la movilidad de carga y trampas eléctricas. Se obtuvo una fuerte correlación entre las trampas eléctricas y el desempeño de los dispositivos.The photovoltaic technology that combines organic and inorganic materials, hybrid solid state solar cells (CSH), is a promising technology since it takes advantage of the high versatility and flexibility of the organic materials, along with sturdiness and tridimensional design ability of the mesoporous metal oxides. The fabrication of mesoporous metal oxides (TiO2) and monodisperse nanopores by combining sol-gel and supramolecular modeling techniques is well known. On the side of the organic materials layers, P3HT was used (a type p polymer semiconductor) and deposited by spin coating. In this project, different devices were performed in order to determine structural studies by SEM techniques and electrical characterization by current-voltage curves and Space Charge Limited Current (SCLC) measurements. Fundamental parameters such as efficiency, charge mobility and electric traps were obtained by electrical characterization. A strong correlation between electrical traps and performance of the devices was found.Tema 4: Energía solar, conversión fotovoltaica.Facultad de Arquitectura y Urbanism

Tuning morphological features of lead iodide by low pressure vapor phase deposition

Lead iodide (PbI2) is a semiconductor with extensive use as an active layer for X-ray detectors and as a precursor for perovskite solar cells. Here we present a low vacuum method to obtain very uniform PbI2 films with full substrate coverage. This method consists in the sublimation of PbI2 inside a hot zone and its transport by an Ar flow to a substrate held at a controlled temperature. Using scanning electron microscopy combined with focused ion beam and X-ray diffraction we studied the morphology and crystallographic structure of the PbI2 films with different deposition parameters: substrate and source evaporation temperature, deposition time and substrate material. At high substrate temperature (80 °C) and low evaporation temperature (310 °C) onto a glass sample, we obtained dense and smooth PbI2 films showing hexagonal crystals, or platelets, stacked parallel to the substrate. The choice of the substrate material has a significant impact on the film morphology yielding porous-like structures with voids within the films for some substrates. A bandgap Eg = 2.42 eV and Urbach energy EU = 34.7 meV were obtained by absorbance measurements, which are comparable to films evaporated in high vacuum. Photoluminescence studies showed a dependence of the emission energies on the crystal orientation of the platelets which grow differently depending on the deposition conditions. The results show the ability of the low pressure vapor phase deposition technique to obtain good film properties, suitable for sensors and optoelectronic devices.Fil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Soldera, Marcos Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Soldera, Flavio Andres. Universitat Saarland; AlemaniaFil: Troviano, Mauricio Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Carlos, Luciano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Pérez, María Dolores. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentin

Electroluminescence transients and correlation with steady-state solar output in solution-prepared CH3NH3PbI3 perovskite solar cells using different contact materials

Electroluminescence (EL) transients of solution-prepared CH3NH3PbI3 perovskite solar cells were recorded under different biasing voltage conditions. The EL transients are reversible and show a sharp increase and a peak in the range of 1 s to 10 s, while after the peak the signal decays in 30 s to 60 s. The possible origins of the different features are discussed, pointing to a shift in the region of dominating recombination during biasing, governing the EL increase, and the creation of ion migration-induced non-radiative recombination centers during the EL decrease. Moreover, when ramping up the polarization voltage, the EL transients shorten, suggesting an acceleration of the microscopic mechanism with increasing electric fields. Cells prepared with compact instead of mesoporous TiO2 electron contact show faster dynamics, highlighting the link between dynamics and interface properties. Furthermore, experiments using cells with different hole contacts show that the observed behavior and the duration of the transient is similar in cells using Spiro-OmeTAD and copper phatlocyanine (CuPc). When considering the steady-state EL, the open circuit voltage under solar operation correlates with EL across samples with different HTL materials. A non-monotonous behavior is also observed in temperature-dependent EL transients, where maxima in EL as well as in time to the peak are observed around 30 °C, which is close to the temperature of crystalline phase change from tetragonal to cubic phase known in CH3NH3PbI3 at 37 °C.Fil: Córdoba, Matías Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Herrera Martinez, Walter Oswaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia Física (CAC). Grupo Energía Solar; ArgentinaFil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Correa Guerrero, Natalia Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia Física (CAC). Grupo Energía Solar; ArgentinaFil: Perez, Maria Dolores. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia Física (CAC). Grupo Energía Solar; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentin

Material Parameters and Perspectives for Efficiency Improvements in Perovskite Solar Cells Obtained by Analytical Modeling

Current perovskite solar cells reach high efficiencieswith inexpensive materials and preparation methods. However, inorder to understand the current values and obtain even higher efficiencies,the fundamental loss mechanisms of perovskite solar cellsmust be elucidated and predicted by appropriate models. Here,we adapt an analytical, drift-diffusion model for p-i-n solar cellsand obtain accurate fits to measured current?voltage characteristicsof planar hysteresis-free perovskite solar cells, covering arange of illumination intensities and perovskite thicknesses. Ourresults give values of carrier recombination lifetimes above 1 μs,low effective recombination velocities at the interfaces between theperovskite layer and the surrounding layers around 1000 cm/s,built-in voltages that are slightly below the open-circuit voltagesof around 1.05 V, and carrier mobilities around 0.1 cm2/Vs. Theobtained parameters indicate that interface and bulk recombinationare competing mechanisms, none of which can be ruled outin the case of the studied cells. Furthermore, we find that increasingthe built-in voltage can significantly improve efficiency in p-i-ncells, while the implied relatively long diffusion length encouragesthe investigation of pn-type structures as ideal perovskite solar celljunctions.Fil: Taretto, Kurt Rodolfo. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotécnica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Soldera, Marcos Maximiliano. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotécnica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotécnica; Argentin

Anomalous photocurrent response of hybrid TiO2:P3HT solar cells under different incident light wavelengths

Ordered mesoporous titania present optimum optical and electronic characteristics for solar cells applications. Hybrid solar cells that combine a dye polymer and porous titania is being studied as an inexpensive alternative to solid state photoconversion devices and the role of the inorganic/organic interface is relevant to understanding the efficiency parameters. Many reports have described UV enhancement and light soaking effects for solid state hybrid cells containing titania. In this work, we study devices fabricated by incorporating P3HT into the ordered pores of a sol-gel synthesized nanocrystalline titania. We observe that the spectral response is modified upon illumination at different wavelengths. When irradiated with UV light (below 370 nm), the spectral response is drastically enhanced but when shined with visible light, the external quantum efficiency is reduced. Both effects are reversible such that several enhancement/degradation cycles can be performed. The detrimental visible light effect takes longer than the UV enhancement, which suggests a polymer mediated mechanism. Upon AM 1.5 illumination, both opposing effects are present and results in a Jsc that is sensitive to the measuring time and the test irradiation spectrum.Fil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Yaccuzzi, Exequiel Eliseo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; ArgentinaFil: Pla, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; ArgentinaFil: Perez, Maria Dolores. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Estimation of carrier mobilities and recombination lifetime in halide perovskites films using the moving grating technique

Pulsed excitation methods followed by time-resolved measurements have been questioned as a valid procedure to deduce transport properties of halide perovskites (HaPs). Measurements of both the majority and minority carrier?s phototransport properties, under illumination conditions as close as possible to one sun, are needed to obtain reliable information on recombination mechanisms. In this work, we show that the moving photocarrier grating technique (MGT) fulfills the above-mentioned conditions. In this method, both carriers mobilities and the common recombination lifetime are deduced from the DC short circuit current induced by the movement of an interference pattern along the sample surface. We show that the method, originally developed to measure the transport parameters of amorphous semiconductors, can be fully applied to HaPs films. We briefly describe the technique, we perform measurements as a function of the grating period and the light intensity, and we discuss the best approach to extract the transport parameters from MGT measurements. Finally, we find the exponents that describe the intensity dependence of the transport parameters of majority and minority carriers in a HaP sample.Fil: Ventosinos, Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Patagonia Confluencia. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica.; ArgentinaFil: Herrera, Walter. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Senno, Maximiliano Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Caram, J.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Perez, Maria Dolores. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Schmidt, Javier Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentin