Stabilizzazione di perovskiti fotovoltaiche attraverso intercalazione di gas

Stabilizzazione di perovskiti fotovoltaiche attraverso intercalazione di gas nobili ad alta pressione Candidata Eleonora Polini

Introduzione Perché sostituire le celle fotovoltaiche a sicilio con le celle perovskitiche? • meno costose, di più semplice produzione • maggior efficienza (verso il 31% contro il 20%) Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 2

Le perovskiti Composizione ABX 3 , la prima studiata è l’ossido di titanio e calcio Ca. Ti. O 3. La perovskite ibrida studiata è lo ioduro di metilammonio e piombo CH 3 NH 3 Pb. I 3. Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 3

Obiettivo: stabilizzazione della struttura Problema: Sensibilità della perovskite all’umidità graduale degradazione strutturale Soluzione proposta: Intercalazione di gas nobili all’interno della struttura ad alta pressione Arakcheeva et. al. , Acta Cryst. B. , 2016 Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 4

Celle ad incudine di diamante (DAC) Caratteristiche: - Durezza - Trasparenza - Ottime per esperimenti di alta pressione (piccola area della punta del diamante, maggiore pressione) Fotoluminescenza per misurare la pressione nella cella. ruby Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 5

Pressure trasmitting medium (PTM) Ruolo principale dei PTM passaggio da pressione uniassiale a pressione idrostatica Per pressioni sufficientemente elevate intercalazione del PTM all’interno della struttura del cristallo Utilizzati due gas nobili con numero e raggio atomico diversi: • Argon (Z = 18; RAr = 0, 71 Å); • Neon (Z = 10; RNe = 0, 38 Å). Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 6

Cambio di struttura Influenza del PTM sulle trasformazioni ad alta pressione. Tetragonale a corpo centrale (Pseudo) cubica a corpo centrale Amorfa Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 7

Overview sperimentale, Ne Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 8

Risultati Argon no PTM, 0 GPa Stabilizzazione celle fotovoltaiche Ar, 20 Gpa Ar, decompresso 04/03/2021 Pagina 9

Risultati Incorporazione del neon nella struttura: Gabbia inorganica Residual Electronic Density Struttura complessiva Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 10

Conclusioni Determinazione transizioni strutturali del MAPBI 3 a seguito di intercalazione di Ne e Ar in diversi regimi di alta pressione. • Transizione da tetragonale a (pseudo) cubica a 0, 1 GPa per il Ne e a 1 GPa per l’Ar; • Inizio amorfizzazione a 2 GPa per l’Ar e a 4 GPa per il Ne; • Mentre nel caso dell’argon il sistema subisce totale amorfizzazione per P > 3, 5 GPa, il neon permette di preservare parzialmente la componente cristallina fino a 20 GPa; • Dopo la decompressione i gas nobili rimangono incorporati all’interno della struttura reticolare della perovskite. Stabilizzazione celle fotovoltaiche 04/03/2021 Pagina 11