ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA DEGRADACIÓN OUTDOOR DE CÉLULAS SOLARES DE PEROVSKITA CON MONOCAPAS AUTOENSAMBLADAS (SAM) COMO CAPA TRANSPORTADORA DE HUECOS

Abstract

Las células solares de perovskita son hoy en día una de las tecnologías fotovoltaicas más estudiadas durante los últimos años debido a su gran eficiencia y la posibilidad de fabricarlas con procesos sencillos y de bajo coste. Sin embargo, presentan un problema, que es su estabilidad. A diferencia de otras tecnologías fotovoltaicas, las células de perovskita sufren una pérdida de rendimiento cuando están expuestas durante cierto tiempo a agentes externos como la luz, la humedad, la temperatura, el oxígeno o los ciclos día-noche. Por este motivo, el estudio de su degradación es fundamental para conocer mejor su comportamiento. En este Trabajo de Fin de Grado se estudia la degradación de células solares de perovskita basadas en MAFACsPbIBr, y además poseen una monocapa autoensamblada (MeO-2PACz), empleada como capa selectiva de huecos. El objetivo principal del trabajo es analizar cómo cambia el comportamiento eléctrico de estas células antes y después de los ensayos de degradación Outdoor. Para ello, se hace uso de ensayos bajo protocolos ISOS-O, en los que las células se exponen al exterior estando sometidas a condiciones ambientales reales. Este tipo de ensayo nos da más información sobre el funcionamiento real del dispositivo que una prueba realizada únicamente en condiciones controladas de laboratorio. El trabajo experimental se organizó en dos ensayos. En el primer ensayo se estudiaron las células 6C, 6D, 7C y 7D, estas fueron caracterizadas en su estado prístino y finalmente, tras un periodo de exposición Outdoor. En el segundo ensayo se analizó el sustrato T2, formado por las células T2A, T2B, T2C y T2D, de la misma manera que en el primero. Gracias a la comparación entre el estado inicial y el estado degradado se pudo evaluar la pérdida de rendimiento de las células y observar cuales son los cambios que se producían en sus propiedades eléctricas tras la exposición. La caracterización se realizó mediante curvas de corriente-tensión, medidas a distintos niveles de iluminación. Se empieza la medida a un 1 sol, y después se hacen las curvas a distintas iluminaciones disminuyendo desde 1 sol hasta 0,01 soles y acabando con medidas en oscuridad. Esto permitió estudiar la respuesta de las células cuando se variaba la cantidad de luz incidente. Una vez realizada estas medidas se obtienen los parámetros característicos de una célula fotovoltaica: la tensión de circuito abierto, la densidad de corriente de cortocircuito, el factor de forma y la eficiencia de conversión fotovoltaica. Estos parámetros permiten describir el funcionamiento de cada célula y comparar como es su evolución después de la degradación. Además de obtener los parámetros fotovoltaicos, también se realizaron los cálculos necesarios para obtener el factor de idealidad, n, y del parámetro ¿. El factor de idealidad se obtuvo a partir de la relación entre la tensión de circuito abierto y el logaritmo de la irradiancia, mientras que el parámetro ¿ se calculó a partir de la dependencia de la densidad de corriente de cortocircuito con la irradiancia. Estos dos parámetros nos dan información adicional sobre el comportamiento eléctrico de la célula y ayudan a explicar los cambios. En algunas células también se realizaron medidas de espectroscopía de impedancia, representadas mediante diagramas de Nyquist. Estas medidas aportan información sobre la respuesta interna de los portadores, electrones e iones dentro de la célula. Los diagramas obtenidos fueron ajustados mediante circuitos equivalentes utilizando el programa ZView, con el fin de poder simular su comportamiento a través de dicho circuito. Tras la exposición al exterior, se observaron diferencias claras entre las células estudiadas. Algunas muestras mantenían su comportamiento después del ensayo, aunque con una disminución de su rendimiento respecto al estado inicial. En estos casos, la pérdida de eficiencia estuvo relacionada principalmente con cambios en las curvas I-V y con la evolución del factor de forma.