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Theses Year : 2019

Development of new selective contacts for efficient hybrid perovskite solar cells

Nouveaux contacts sélectifs pour des cellules à pérovskites hybrides très efficaces

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Maria Ulfa

Abstract

This thesis work aimed at realizing efficient, stable, and reproducible photovoltaic perovskite solar cells, and to achieve a good understanding of the cells functioning. In Chapter 1, we present the context of the research on solar cells and PSC components as well as a description of the main techniques employed for the device characterizations. Chapter 2 provides a comparative study of two different CH3NH3PbI3 deposition techniques (1-step and 2-step). It is clear that both of them are suitable for the preparation of PSC which resulted in more than 17% PCE. In Chapter 3, we have thoroughly studied the two main kinds of organic hole transporting materials: molecular and polymeric. We have also investigated the doping effect on these HTMs. Through impedance spectroscopy measurement, we could clearly see that doping is really important to get high efficiency for Spiro-OMeTAD cells, while the improvement was less significant in the case of P3HT cells. In Chapter 4, we have investigated several new carbazole derivatives as hole transporting materials. These molecules ranged from the big dendritic core B186 to the DMs and iDMs series with lower molecular weight. B186 and iDM1 showed the highest efficiency at 14.59% and 15.04%, respectively. In Chapter 5, we have studied a simple planar structure of PSC by incorporating a wide bandgap n-type semiconductor SnO2 as the hole blocking layer. Planar cells have been prepared using this layer combined with MAPI(1)-SOF and FAMA perovskites. With FAMA absorber, the devices were highly efficient with a maximum PCE of 18.2% and were almost hysteresis-free (6.7% HI) while, with MAPI(1)-SOF, the obtained efficiency was 15.2% with higher hysteresis.
Ce travail de thèse porte sur la réalisation de cellules solaires photovoltaïques à pérovskites hybrides efficaces, stables et reproductibles et vise à bien comprendre le fonctionnement de ces cellules. Au chapitre 1, nous présentons le contexte de la recherche sur les cellules solaires et nous décrivons les techniques utilisées pour la caractérisation des dispositifs. Le chapitre 2 propose une étude comparative de deux techniques différentes (une étape et deux étapes) pour la préparation de couches de CH3NH3PbI3. Il est montré que les deux conviennent à la préparation de PSC performantes. Au chapitre 3, nous étudions les deux principaux types de matériaux de transport de trous organiques: moléculaires et polymères. Nous étudions également l’effet des dopants sur ces HTM. Grâce à la spectroscopie d'impédance, nous avons pu voir clairement pourquoi le dopage est important pour obtenir une haute efficacité des cellules Spiro-OMeTAD alors que l'amélioration est plus faible dans le cas des cellules P3HT. Au chapitre 4, nous examinons plusieurs nouveaux dérivés du carbazole comme matériaux transporteurs de trous. Ces molécules allaient du gros noyau dendritique B186 aux séries DM et iDM ayant une masse moléculaire inférieure. B186 et iDM1 ont donné les meilleurs rendements à 14.59% et 15.04%, respectivement. Enfin, dans le chapitre 5, SnO2 est étudié comme couche bloquante des trous. Des cellules planaires ont ensuite été préparées en utilisant cette couche combinée aux pérovskites MAPI (1) -SOF et FAMA. Avec le FAMA, les dispositifs étaient très efficaces avec un rendement maximum de 18,2% et une quasi-absence d'hystérésis (6,7% IH), alors qu'avec MAPI(1)-SOF, le résultat était de 15,2% avec une hystérésis plus élevée.
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Dates and versions

tel-02863936 , version 1 (10-06-2020)

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  • HAL Id : tel-02863936 , version 1

Cite

Maria Ulfa. Nouveaux contacts sélectifs pour des cellules à pérovskites hybrides très efficaces. Autre. Université Paris sciences et lettres, 2019. Français. ⟨NNT : 2019PSLEC005⟩. ⟨tel-02863936⟩
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