Stability Assessment of Perovskite Solar Cells through ISOS Protocols and Machine Learning
El món s'enfronta a una crisi energètica creixent a causa de l'augment de la demanda d'energia, la industrialització accelerada i els efectes del canvi climàtic. L'increment dels fenòmens meteorològics extrems subratlla la necessitat urgent de reduir la dependència dels combustib...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:321545 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/321545 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Cèl·lules solars de perovskita Perovskite Solar Cells Células solares de perovskita Ciències Experimentals |
| Sumario: | El món s'enfronta a una crisi energètica creixent a causa de l'augment de la demanda d'energia, la industrialització accelerada i els efectes del canvi climàtic. L'increment dels fenòmens meteorològics extrems subratlla la necessitat urgent de reduir la dependència dels combustibles fòssils, les emissions dels quals acceleren l'escalfament global i esgoten recursos finits. En aquest context, les cèl·lules solars de perovskita (PSCs) han sorgit com una tecnologia fotovoltaica prometedora per afrontar aquests desafiaments. Les PSCs ofereixen avantatges respecte a les cèl·lules solars de silici convencionals, com ara altes eficiències de conversió, fabricació de baix cost i una excel·lent relació potència-pes. Això les fa atractives per a aplicacions terrestres i espacials. No obstant això, la seva comercialització es veu limitada per la seva inestabilitat en condicions operatives. Els materials de perovskita són molt sensibles a la humitat, l'oxigen, la radiació ultraviolada (UV) i les fluctuacions de temperatura. A més, la seva naturalesa com a conductors mixtos iònic-electrònics provoca migració d'ions, causant degradació estructural i pèrdua de rendiment amb el temps. Per tant, abordar aquests problemes d'estabilitat és clau per a la seva adopció a gran escala. Aquesta tesi investiga l'estabilitat de les PSCs mitjançant enginyeria avançada de materials, encapsulació innovadora i modelatge predictiu. En primer lloc, es presenta una estratègia d'encapsulació per avaluar la seva estabilitat en condicions reals. Es van analitzar nou resines epoxi comercials per determinar la seva compatibilitat química amb capes de perovskita halurada. Això va conduir al desenvolupament d'una estratègia d'encapsulació a temperatura ambient amb dues epoxis seleccionades: una com a capa protectora curable amb UV i una altra com a segellador de vores. Les PSCs encapsulades van mantenir prop del 100% de la seva eficiència inicial durant més de 1.500 hores d'operació a l'aire lliure en diverses ubicacions, incloent Espanya, Israel i Alemanya. A partir d'aquesta estratègia optimitzada, es va investigar la incorporació d'interfases bidimensionals de MXene a la interfície perovskita/capa de transport de forats. Els resultats van demostrar que aquestes interfases milloren l'extracció de càrrega i augmenten l'estabilitat en condicions reals a l'exterior. Un altre aspecte clau d'aquesta investigació és l'ús de l'aprenentatge automàtic per predir la durabilitat de les PSCs. Es van entrenar models d'intel·ligència artificial amb dades de proves de degradació en interiors, desenvolupant un marc predictiu per anticipar el rendiment a llarg termini en exteriors i optimitzar la durabilitat dels dispositius. A més, es va estudiar la influència de la migració iònica en l'estabilitat del dispositiu mitjançant el seguiment del punt de màxima potència combinat amb espectroscòpia d'impedància electroquímica. L'anàlisi en temps real de paràmetres com la fotocorrent, el fotovoltatge i el factor de farciment va mostrar que una major conductivitat iònica en condicions de baixa il·luminació (<1000 lux) es correlaciona amb una reducció de la resistència de derivació i una degradació accelerada. Finalment, es van realitzar proves de resistència in situ a l'estratosfera. Les PSCs de triple catió encapsulades van ser exposades a temperatures de -32°C a +32°C, alta radiació solar i baixa pressió, conservant entre el 68% i el 87% de la seva eficiència inicial. Aquests resultats validen les estratègies d'encapsulació i enginyeria d'interfícies en condicions properes a l'espai, destacant el potencial de les PSCs per a futures aplicacions espacials. En conjunt, els resultats d'aquesta investigació estableixen una base sòlida per al desenvolupament de PSCs més estables i eficients, avançant cap a la seva comercialització i contribuint a un futur energètic sostenible. |
|---|