| dc.date.accessioned |
2014-12-15T13:33:09Z |
und |
| dc.date.accessioned |
2017-10-24T12:19:53Z |
|
| dc.date.available |
2014-12-15T13:33:09Z |
und |
| dc.date.available |
2017-10-24T12:19:53Z |
|
| dc.date.issued |
2014-12-15T13:33:09Z |
|
| dc.identifier.uri |
http://radr.hulib.helsinki.fi/handle/10138.1/4389 |
und |
| dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/10138.1/4389 |
|
| dc.title |
Perovskite ternary halides in solar cell applications |
en |
| ethesis.discipline |
Inorganic Chemistry |
en |
| ethesis.discipline |
Epäorgaaninen kemia |
fi |
| ethesis.discipline |
Oorganisk kemi |
sv |
| ethesis.discipline.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/98a50d4e-20e4-4960-9568-e70cd0c26540 |
|
| ethesis.department.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/c2dd677c-da9c-4011-94b0-27b1585ac1cb |
|
| ethesis.department |
Kemiska institutionen |
sv |
| ethesis.department |
Department of Chemistry |
en |
| ethesis.department |
Kemian laitos |
fi |
| ethesis.faculty |
Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten |
sv |
| ethesis.faculty |
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta |
fi |
| ethesis.faculty |
Faculty of Science |
en |
| ethesis.faculty.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/8d59209f-6614-4edd-9744-1ebdaf1d13ca |
|
| ethesis.university.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/50ae46d8-7ba9-4821-877c-c994c78b0d97 |
|
| ethesis.university |
Helsingfors universitet |
sv |
| ethesis.university |
University of Helsinki |
en |
| ethesis.university |
Helsingin yliopisto |
fi |
| dct.creator |
Popov, Georgi |
|
| dct.issued |
2014 |
|
| dct.language.ISO639-2 |
eng |
|
| dct.abstract |
The global energy consumption increases annually. Although the current supply of fossil and nuclear fuels is enough to meet the growing energy demand it is more sustainable for the society to rely more on renewable energy sources because of the environmental concerns of fossil fuel combustion and nuclear fission. One of the promising renewable energy sources is solar power. Currently the competitiveness of solar power with the conventional energy sources is limited by the expensiveness of the solar cells. The most successful solar cell technologies require expensive fabrication methods and materials. However, this situation can drastically change with the emergence of perovskite ternary halide solar cells.
Perovskite ternary halides possess optical and electronic properties required for efficient light absorption in solar cells. In addition, they consist of abundant inexpensive elements and can be deposited using easy and low-cost sol-gel methods. During the last four years, the efficiency of perovskite solar cells was improved by a factor of 4 and the record holding devices now reach 16 % efficiency. Due to the novelty of perovskite solar cells there are formidable gaps in the knowledge of perovskite ternary halide properties and mechanisms of perovskite solar cell operation. Literature review in this thesis focuses on classifying known perovskite ternary halides, their properties and deposition methods as well as highlighting discrepancies and most important knowledge gaps. Special attention is also devoted to different types of perovskite solar cells and their working principles. The literature review is complemented by calculations on the existence and the optical properties of not yet studied perovskite ternary halides, and on lattice matching of different known perovskite halides in the context of multijunction perovskite solar cells.
Conventional perovskite halide deposition methods are inexpensive but also limited to small area substrates. In order to reach economic feasibility the perovskite deposition methods must be scalable to large area substrates. In the experimental part of this thesis, an attempt is made to solve the scalability challenge by developing perovskite ternary halide deposition processes for techniques that have scalability as an inherent property. These techniques are atomic layer deposition and electrodeposition.
Although an electrodeposition process for cesium tin(II) iodide was developed, the morphology and phase of the deposits along with the stability of the electrodeposition solutions were difficult to control. For atomic layer deposition processes the volatility of the halides presents a challenge, however encouraging preliminary results were obtained in the cases of binary iodide deposition such as cesium iodide and copper(I)iodide. These results can serve as a basis for the future research of both binary and ternary halide atomic layer deposition. |
en |
| dct.abstract |
Maailman energiankulutus kasvaa joka vuosi. Hyödynnettävissä olevien fossiilisten ja ydinpolttoaineiden määrä riittää toistaiseksi kattamaan kasvavan energiakysynnän, mutta niihin liittyy isoja ympäristöongelmia. Yhteiskunnan olisikin suotuisampaa hyödyntää jatkossa uusiutuvia energianlähteitä. Yksi lupaavista uusiutuvista energianlähteistä on aurinkoenergia. Tällä hetkellä aurinkoenergian kilpailukykyä tavanomaisten energialähteiden kanssa rajoittaa aurinkokennojen kalleus. Tehokkaimmat aurinkokennoteknologiat vaativat kalliiden materiaalien ja valmistusmenetelmien käyttöä. Tämä tilanne voi kuitenkin rajusti muuttua uusien perovskiittiaurinkokennojen myötä.
Ternäärisillä perovskiittihalideilla on sellaisia optisia ja sähköisiä ominaisuuksia, joita valon tehokas absorptio edellyttää, Tämän lisäksi ne koostuvat edullisista alkuaineista ja niitä voi helposti kasvattaa halvoilla sooli-geelimenetelmillä. Viimeisten neljän vuoden aikana perovskiittiaurinkokennojen hyötysuhde on pystytty nelinkertaistamaan ja parhaiden aurinkokennojen hyötysuhde on 16 %. Ternäärisiä perovskiittihalideja on tutkittu syvällistesti ainoastaan viimeisten vuosien aikana, minkä vuoksi perovskiittien useimmat ominaisuudet sekä perovskiittiaurinkokennojen toimintaperiaatteet ovat pitkälti tuntemattomia. Tutkielman kirjallisuusosassa tutkitaan ja luokitellaan tunnettuja ternäärisiä perovskiittihalideja, niiden ominaisuuksia ja valmistusmenetelmiä. Erityistä huomiota kiinnitettään myös erilaisten perovskiittiaurinkokennojen rakenteisiin ja niiden toimintaperiaatteisiin. Kirjallisuuskatsastusta täydentävät laskelmat, joiden avulla tutkittiin tuntemattomien ternäärisien perovskiittihalidien olemassaoloa ja optisia ominaisuuksia sekä tunnettujen ternäärisien perovskiittihalidien hilayhteensopivuuksia.
Vaikka tavanomaiset perovskiittihalidien kasvatusmenetelmät ovat edullisia, niiden käyttö rajoittuu substraatteihin, joiden pinta-ala on pieni. Taloudellisen kannattavuuden saavuttamiseksi perovskiittien kasvatusmenetelmien on oltava skaalautuvia. Kokeellisessa osassa tätä skaalautumishaastetta koettiin ratkaista kehittämällä uusia perovskiittien kasvatusprosesseja käyttäen sellaisia kasvatusmenetelmiä, joille skaalattavuus on luontainen ominaisuus. Nämä menetelmät ovat atomikerroskasvatus ja sähkökemiallinen kasvatus.
Vaikka sähkökemiallinen kasvatusprosessi pystyttiin kehittämään cesiumtina(II)jodidille, kalvojen morfologia ja faasi sekä kasvatusliuoksien pysyvyys olivat vaikeasti hallittavissa. Atomikerroskasvatuksen tapauksessa halidien haihtuvuus on ongelma, mutta lupaavia alustavia tuloksia saatiin binäärijodidien kuten cesiumjodidin ja kupari(I)jodidin kasvatuksissa. Nämä tulokset voivat toimia jatkotutkimuksen perustana. |
fi |
| dct.language |
en |
|
| ethesis.language.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/languages/eng |
|
| ethesis.language |
English |
en |
| ethesis.language |
englanti |
fi |
| ethesis.language |
engelska |
sv |
| ethesis.thesistype |
pro gradu-avhandlingar |
sv |
| ethesis.thesistype |
pro gradu -tutkielmat |
fi |
| ethesis.thesistype |
master's thesis |
en |
| ethesis.thesistype.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/thesistypes/mastersthesis |
|
| dct.identifier.urn |
URN:NBN:fi-fe2017112251121 |
|
| dc.type.dcmitype |
Text |
|
