Tailoring Material and Interface Properties in Hybrid-Halide Perovskites for Advanced Optoelectronics

In response to the urgent need to address the climate crisis, it is imperative to develop innovative solutions. The international community and governments emphasised the necessity of transforming our energy production methods, particularly defining photovoltaics as a key driver in transitioning towards renewable energy sources . These projections highlight the critical role of developing new technologies in meeting this demand , among which perovskite solar cells (PSC) represent one of the most promising solutions, leveraging both high efficiency a nd low production costs. However, many concerns about this technology still must be addressed, mainly related to efficiency losses and instability of the devices. The aim of this work is to examine and investigate the interfacial mechanisms that govern per formance losses and instability of PSCs. Different strategies have been adopted, based on the use of graphene based materials as interface modifiers as well as low dimensional perovskite (LDP) as a passivator of bulk and surface defects. Moreover, the fabr ication of larger area devices in the module configuration is discussed. On the basis of the knowledge acquired on LDP, the second part of the work is focused on employing these materials in optoelectronic applications. Firstly, the effect of compositional engineering on phase segregation, and optical and structural properties of LDPs has been addressed. Lastly, the control over these properties has been exploited to fabricate innovative LDP based solar cells, founded on semi transparent and wide band gap c oncepts.

In risposta all'urgente necessità di affrontare la crisi climatica, la comunità scientifica e i governi hanno sottolineato la necessità di trasformare i nostri metodi di produzione di energia, in particolare potenziando il fotovoltaico come principale motore per la transizione verso fonti di energia rinnovabile. Lo scenario evidenzia il ruolo indispensabile che ha sviluppo di nuove tecnologie fotovoltaiche nell'incontrare la domanda crescente di energia, tra cui le celle solari a perovskite rappresentano una delle soluzioni più promettenti, in grado di combinare sia alta efficienza di produzione sia bassi costi di produzione. Tuttavia, molti problemi legati alle perdite di efficienza e all'instabilità dei dispositivi devono essere risolti. L'obiettivo di questo lavoro è esaminare e indagare i meccanismi di interfaccia che governano le perdite di prestazioni e l'instabilità delle celle solari a perovskite. Sono state adottate diverse strategie, basate sia sull'uso di materiali a base di grafene come modificatori di interfaccia, sia perovskite a bassa dimensionalità come passivante dei difetti nel bulk del materiale e in superficie. Inoltre, è discussa la fabbricazione di dispositivi nella configurazione di modulo. Sulla base delle conoscenze acquisite sulle proprietà delle perovskiti a bassa dimensionalità, la seconda parte del lavoro è incentrata sull'impiego di questi materiali in applicazioni optoelettroniche. In primo luogo, è stata studiata la correlazione tra la composizione chimica delle perovskiti a bassa dimensionalità e la segregazione di diverse fasi, e gli effetti sulle loro proprietà ottiche e strutturali. Infine, tali materiali sono stati sfruttati per fabbricare celle solari innovative, basate su concetti i device semitrasparenti e ad ampio band gap.