Fullerene and graphene derivatives as additives for enhancing charge transport and stability in perovskite solar cells

In this thesis, we will discuss two different projects, which have in common the use of carbon nanostructures as additives to improve the efficiency and long-term stability of hybrid perovskite solar cells. First, we will discuss the synthesis of a fullerene derivative, appropriately functionalized with groups that can passivate the defects present in the crystalline structure of the perovskite layer, and its characterization to determine its electronic properties. To investigate the effects of this fullerene derivative on solar cell performance, the material was sent to the laboratories of Professor Aldo Di Carlo's research group at the University of Rome Tor Vergate, where it will be deposited at the interface between the perovskite and the electron transport layer, and its effects on efficiency and stability will be evaluated. On the other hand, we will focus on the synthesis of graphene derivatives to be used as nanofillers in a P3HT matrix, which will be used as a hole transport material in perovskite solar cells. To promote the dispersion of graphene within the polymer matrix, the carbon nanostructures were functionalized with suitable functional groups that could interact favorably with the matrix. The resulting materials were then sent to Professor Aldo Di Carlo's research group to be deposited as a hole transport layer in the solar cell to evaluate possible benefits for device performance.

In questa tesi si andranno a discutere due diversi progetti, che hanno in comune l’impiego di nanostrutture di carbonio come additivi per migliorare l’efficienza e la stabilità a lungo termine di celle solari ibride a perovskite. Da una parte, si andrà a discutere della sintesi di un derivato del fullerene, opportunamente funzionalizzato con gruppi che possano passivare i difetti presenti nella struttura cristallina dello strato di perovskite e la sua caratterizzazione, al fine di determinarne le proprietà elettroniche. Allo scopo di indagare gli effetti di questo derivato del fullerene sulle prestazioni di una cella solare, il materiale è stato inviato ai laboratori del gruppo di ricerca del Professor Aldo Di Carlo dell’università di Roma Tor Vergate, dove verrà depositato all’interfaccia tra la perovskite e l’ electron transport layer, e verranno valutati gli effetti sull’efficienza e la stabilità. Dall’altra parte ci concentreremo sulla sintesi di derivati del grafene da impiegare come nanofillers in una matrice di P3HT, che verrà impiegata come materiale per il trasporto di lacune in celle solari a perovskite. Al fine promuoverne la dispersione del grafene all’interno di matrice polimerica, le nanostrutture di carboni sono state funzionalizzate con opportuni gruppi funzionali che potessero interagire favorevolmente con la matrice. I materiali ottenuti sono stati dunque inviati anche in questo caso al gruppo di ricerca del Professor Aldo Di Carlo per essere depositati come hole transport layer nella cella solare per valutare possibili benefici sulle prestazioni del dispositivo.