Abstracts Physics

Perovskite ternary halides in solar cell applications

by Georgi Popov

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. 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…