Studii pentru îmbunătățirea eficienței și stabilității celulelor solare perovskitice planare


Project Director: Dr. Leonat Lucia

Sursa de Finanțare: bugetul de stat
Autoritatea Contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI)
Contractor: INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA MATERIALELOR BUCUREȘTI RA

Cod proiect: PN-III-P1-1.1-PD-2016-0703

Număr contract: 75/2018

Rezumat
Una dintre cele mai promițătoare surse de energie curată este soarele și cea mai fiabilă alternativă pentru combustibilii fosili. Energia solară poate fi valorificată în energie electrică prin dispozitive fotovoltaice, adică prin celule solare. Scopul proiectului este de a fabrica celule solare pe baza de material cu structura de perovskit, cu geometrie planară, stabile și cu eficienta crescuta dar si de a studia și înțelege dinamica purtătorilor de sarcina atât în interiorul stratului fotoactiv perovskit, cât și la interfețele lui cu alte materiale. Un alt scop al proiectului se va concentra pe fenomenul de migrare a ionilor din stratul perovskit, fenomen care sta la baza instabilității celulelor solare. Celulele solare vor fi fabricate în atmosfera ambiantă, fără a necesita condiții speciale sau tratamente la temperaturi ridicate, în special prin tehnici precum spin-coating, evaporare termică în vid sau pulverizare în gaz inert (sputtering). Acest proiect va avea un impact major în susținerea și promovarea unor teme noi de cercetare științifica, dar cu potențial aplicativ ridicat, îmbogățind expertiza tehnică și resursele umane în domeniul fotovoltaicii bazate pe material cu structura de perovskit din România.

Echipa de lucru:

Director de proiect: Dr. Lucia Nicoleta Leonat

Mentor: Prof. Stefan Antohe

Echipa de lucru:

Director de proiect: Dr. Lucia Nicoleta Leonat

Mentor: Prof. Stefan Antohe

Etapa  I. Optimizarea stratului selectiv de tip p

În această etapă a proiectului, conform cu obiectivele propuse, s-au realizat cu succes următoarele activități:
- obținerea și caracterizarea de straturi PEDOT:PSS, folosind un surfactant care să ajute formarea de filme subțiri continue și omogene;
- studiul unor polimeri de tip p, poli (N-vinilcarbazol) (PVK) si poli (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4′-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine (TFB), sub forma de filme subțiri care vor fi folosiți ca strat de legătura intre PEDOT:PSS și perovskit, pentru obținerea unor celule solare cu eficiență îmbunătățită;
- studiul filmului de perovskit depus peste aceste filme polimerice în vederea integrării in dispozitive.

 

Etapa II. Studiul și optimizarea interfeței dintre stratul selectiv de tip p și peroskit. Optimizarea stratului fotoactiv perovskit

În această etapă a proiectului, conform cu obiectivele propuse, s-au realizat cu succes următoarele activități:
- Prepararea de probe cu diferite straturi de polimeri de tip p și studierea disocierii excitonice la interfața cu perovskitul prin metode de spectroscopie de fotoluminescență. Materialele folosite au fost polimerii de tip p analizați în faza 1 a proiectului: PEDOT:PSS, PVK, TFB la care s-a adăugat ulterior un alt material de tip p: N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine (TPD) datorită proprietăților apropiate de cele ale PVK şi TFB și nivelelor energetice favorabile. Cele mai bune rezultate au fost obținute atunci când s-au folosit PVK şi TPD ca straturi intermediare între PEDOT:PSS şi perovskit;

- Prepararea de probe la care s-au depus filme de perovskit peste diferite straturi de polimeri de tip p și studierea calității lor prin difracție de raze X și microscopie electronică. S-a observat că pe toate substraturile ce conțineau filme polimerice de tip p, perovskitul se depune bine, formând filme cristaline, compacte și omogene cu aceleași calități;
- S-a efectuat studiul calității și stabilității stratului fotoactiv de perovskit, cu focus pe migrația ionilor la interfața cu materialul de tip p folosinbd analiza XPS și s-a observat deasemenea că probele cu PVK şi TPD prezintă cea mai mică cantitate de ioni de tipul I 3d, Pb 4f şi Au 4f , indicând astfel cea mai mare stabilitate a structurii de perovskit;
- Prepararea de probe cu 3 tipuri de polimeri de tip n diferiți și studierea morfologiei lor cu ajutorul microscopiei SEM. Materiale folosite pentru filmele de tip n au fost: [60]PCBM (6,6)-Phenyl-C61 Butyric Acid Methyl Ester (PCBM), tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium (Alq3), bathocuproine (BCP).

1. V. Stancu, L.N. Leonat, A.G. Tomulescu, S. Derbali, L. Pintilie, C. Besleaga, A.C. Galca , F. Neatu, S. Neatu, M. Florea, I. Pintilie, “Influence of doping the inorganic cation with Eu or Sb on the properties of perovskite films”, Physica Scripta, 2020, 95, 075707 (9pp), https://doi.org/10.1088/1402-4896/ab90be;

2. A. G. Tomulescu, V. Stancu, C. Beşleagă, M. Enculescu, G. A. Nemneş, M. Florea, V. Dumitru,  L. Pintilie, I. Pintilie, L. Leonat, „Reticulated Mesoporous TiO2 Scaffold, Fabricated by Spray Coating, for Large‐Area Perovskite Solar Cells”, Energy Technology 2019, Vol 7, p 1900922-190033, https://doi.org/10.1002/ente.201900922

 

Alte lucrari in domeniu:

  1. Philipp Stadler, Lucia N. Leonat, Reghu Menon, Halime Coskun, Sandrine van Frank, Christian Rankl, Markus C. Scharber „Stable Hall voltages in presence of dynamic quasi-continuum bands in poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)”, Organic Electronics (2019), doi: https://doi.org/10.1016/j.orgel.2018.12.001;

Diseminare

1. “18th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science- IBWAP 2018” Constanţa, 10 – 13 Iulie 2018, prezentare 2 postere cu titlurile:
 Organic cation engineering for improved perovskite based solar cells, autori Lucia N. Leonat, Andrei Tomulescu, Viorica Stancu, Mihaela Florea, Florentina Neaţu, Ştefan Neaţu, Sarah Derbali, Vasilica Toma, Ionel Mercioniu, Lucian Pintilie, Ioana Pintilie;
 Studies on the enhancement of electrical conductivity in PEDOT:PSS films, autori Lucia N. Leonat, Florentina Neaţu, Mihaela Florea, Viorica Stancu, Andrei Tomulescu, Ionel Mercioniu, Ioana Pintilie, Ştefan Antohe.
2. Prezentare orala cu titlul: Perovskite Solar Cells – Latest developments at NIMP, autori Lucia N. Leonat, Andrei Tomulescu, Viorica Stancu, Sarah Derbali, Mihaela Florea, Florentina Neatu, Monica Enculescu, Ionel Mercioniu, Ioana Pintilie, la Sesiunea de comunicari interne a INCDFM desfasurata la IFIN-HH, in perioada 6 – 8 iunie 2018;
3. Prezentare poster cu titlul: Synthesis and properties of C3N2H5PbI3 powders as precursors for hybride perovskite based solar cells, autori Mihaela Florea, Florentina Neaţu, Stefan Neațu, Cristina Mozăceanu, Sarah Derbali, Cristina Bartha, Lucia N. Leonat, Andrei G. Tomulescu, Viorica Stancu, Vasilica Toma, Ioana Pintilie, la The 7th EuCheMS Chemistry Congress, Molecular frontiers & global challenges, 26–30 August 2018, ACC Liverpool, Marea Britanie;

4. Prezentare orala cu titlul: Defects in perovskite solar cells, autori Lucia N. Leonat, Andrei Tomulescu, Viorica Stancu, Mihaela Florea, Florentina Neatu, Stefan Neatu, Cristina Besleaga Stan, Ioana Pintilie, Stefan Antohe, la International Workshop on Advances in Nanomaterials, 17-21 Septembrie 2018, organizat de Institutul National pentru Fizica Materialelor și International Center for Training and Advanced Research (Centre International de Formation et Recherche Avancee - CIFRA);

5. Prezentare poster cu titlul: Surface studies on the PEDOT:PSS films modified with Triton-X 100 surfactant, autori Lucia N. Leonat, Florentina Neatu, Andrei Tomulescu, Mihaela Florea, Viorica Stancu, Ştefan Neaţu, Ioana Pintilie, Ştefan Antohe, la Conferinta Internationala “IUPAC Chemistry Congress” - IUPAC 2019” din 5 – 13 iulie 2019, la Paris, Franta.

6. Prezentare poster cu titlul: Hole-Transport Interlayers for Planar Perovskite Solar Cells, autori Lucia N. Leonat, Florentina Neatu, Bekele Teklemariam Hailegnaw, Andrei Tomulescu, Mihaela Florea, Viorica Stancu, Ioana Pintilie, Markus Clark Scharber, Ştefan Antohe, Lucian Pintilie, la Conferinta Internationala "NanoGe International Conference on Perovskite Solar Cells, Photonics and Optoelectronics" din 20 - 22 februarie 2020, Sevilia, Spania.


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2022 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved