Faculté des sciences

Engineering metal oxides for UV-stable perovskite solar cells

Roose, Bart ; Steiner, Ullrich (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2017 ; no. 2015.

This thesis is a study of the role of the metal oxide electron transporting material in perovskite solar cells. The central research question is how the metal oxide influences the stability of perovskite solar cells and how the metal oxide can be modified to improve the stability. The thesis begins by providing four background chapters. Chapter 1 explains the need for solar energy and what... Plus

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    Summary
    This thesis is a study of the role of the metal oxide electron transporting material in perovskite solar cells. The central research question is how the metal oxide influences the stability of perovskite solar cells and how the metal oxide can be modified to improve the stability. The thesis begins by providing four background chapters. Chapter 1 explains the need for solar energy and what perovskite solar cells can contribute to a clean energy future. Chapter 2 covers the working principles of solar cells, whereas Chapter 3 provides more detail about the history and architecture of the perovskite solar cell. Chapter 4 introduces the concept of nanostructuring metal oxides, using a block-copolymer template. The key experimental techniques and methods used throughout this work are described in Chapter 5. These introductory sections serve as the foundation for the four major experimental chapters of the thesis. Chapter 6 reports on the use of neodymium doped TiO2 in perovskite solar cells. Chapter 7 and Chapter 8 aim to increase the efficiency of SnO2 based perovskite solar cells, by making use of a novel electrode material and doping SnO2 with gallium. Chapter 9 covers the spontaneous coalescence of perovskite crystals, highlighting the extraordinary properties of perovskites.
    Zusammenfassung
    Diese Arbeit untersucht die Anwendung von Metalloxiden als Elektronentransportmaterial in Perowskit-Solarzellen. Die zentrale Forschungsfrage ist, wie Metalloxide die Stabilität von Perowskit-Solarzellen beeinflussen und wie Metalloxide, beispielsweise durch gezielte Dotierung, modifiziert werden können, um die Stabilität von Solarzellen zu verbessern. Die Arbeit beginnt mit vier einleitenden Hintergrundkapiteln. Kapitel 1 erklärt die zunehmende Notwendigkeit von Solarenergie und den Beitrag von Perowskit- Solarzellen zu einer sauberen Energiezukunft. Kapitel 2 stellt die Arbeitsprinzipien von Solarzellen vor, während Kapitel 3 mehr Details über die Geschichte und den Aufbau von Perowskit-Solarzellen enthält. Kapitel 4 leitet insbesondere das Konzept der Nanostrukturierung von Metalloxiden unter Verwendung einer Blockcopolymerschablone ein. Die für diese Arbeit benutzten experimentellen Methoden werden ausführlich in Kapitel 5 beschrieben. Diese einleitenden Kapitel dienen als Grundlage für die vier experimentellen Hauptkapitel dieser Arbeit. Kapitel 6 beschreibt die Verwendung von Neodymdotiertem TiO2 in Perowskit-Solarzellen und den Einfluss der Dotierung auf den Wirkungsgrad. Kapitel 7 und Kapitel 8 zielen darauf ab den Wirkungsgrad SnO2-basierter Perowskit-Solarzellen zu steigern, indem einerseits ein neuartiges Elektrodenmaterial verwendet wird und anderseits SnO2 mit Gallium dotiert wird. Kapitel 9 beschreibt die spontane Koaleszenz von kollidalen Perowskit-Kristallen, eine der aussergewöhnlichen Eigenschaften von Perowskitmaterialien.