Semitransparent Perovskite mini-modules: characterization and light soaking reliability test in MPPT conditions

In recent years, the study of perovskite solar cells has received increasing interest, due to the high efficiency achieved by these devices; however, they present some drawbacks that hinder their commercialization such as, for example, high instability when subjected to certain working conditions. This thesis provides a description of the research activity carried out on some perovskite photovoltaic modules, analyzing their behavior during laboratory tests and trying to give an interpretation of the obtained results. Firstly, an introduction will be outlined regarding the global energy issue, from the progressive reduction in fossil fuel usage to the constant growth in the installation of renewable energy sources. Accordingly, the role of photovoltaics in the energy transition will be highlighted. Subsequently, the basic mechanism of photovoltaic technology will be introduced, starting from light absorption, passing through the electron – hole pair generation, and finally arriving at the charge collection and electrical current generation. In addition, the main working principles of perovskite solar cells will be explicated, highlighting the excellent optoelectronic properties but also the critical issues that afflict them. Furthermore, the tests performed in laboratory on perovskite modules will be analysed, including exhaustive documentation and comments on the obtained results; firstly, the characterization of these modules will be introduced, including I-V measurements (both in dark and light conditions), OCVD (open-circuit voltage decay) measurements, EIS (electrochemical impedance spectroscopy) measurements and thermal characterization (I-V and OCVD measurements at varying temperatures). Subsequently, the stress tests will be explained in detail; in particular, the MPPT (Maximum Power Point Tracking) is the key working condition that has been implemented in this work, but also an additional thermal stress trial was performed. To conclude, an interpretation of the acquired results and an assessment on the feasible uses that this kind of photovoltaic technology can have in future years will be presented.

Negli ultimi anni, lo studio delle celle fotovoltaiche in perovskite ha riscosso un interesse sempre maggiore, per via degli elevati rendimenti raggiunti da tali dispositivi; tuttavia, esse presentano una serie di problematiche che ne ostacolano la commercializzazione come, ad esempio, l’elevata instabilità quando sottoposte a certe condizioni di lavoro. Con questo elaborato verrà presentata una descrizione dell’attività di ricerca svolta su alcuni moduli fotovoltaici in perovskite, analizzandone il comportamento ad una serie di test effettuati in laboratorio e provando a fornire un’interpretazione dei risultati ottenuti. Per prima cosa verrà delineata un’introduzione riguardante la questione energetica globale, dalla progressiva riduzione dell’utilizzo dei combustibili fossili al costante aumento dell’installazione di fonti energetiche rinnovabili. In tal senso, verrà messo in primo piano il ruolo del fotovoltaico nella transizione energetica. Si arriverà, dunque, ad una presentazione riguardante il funzionamento della tecnologia del fotovoltaico, partendo da come avviene l’assorbimento della luce, passando per la generazione della coppa elettrone – lacuna, arrivando infine alla generazione di corrente. Successivamente, verrà esposto un capitolo in cui saranno esplicitati i principi basilari delle celle fotovoltaiche in perovskite, mettendo in luce le ottime proprietà optoelettroniche ma anche le principali criticità che le affliggono. Seguirà, dunque, una presentazione dei vari test effettuati in laboratorio sui moduli in perovskite con documentazione e commento dei risultati ottenuti; per prima cosa verrà introdotta la parte riguardante la caratterizzazione di tali moduli, la quale comprende misure I-V (sia in condizioni di buio che in luce), OCVD (open-circuit voltage decay), EIS (electrochemical impedance spectroscopy) e misure di caratterizzazione termica (misure I-V e OCVD al variare della temperatura). Successivamente verrà esposto in modo dettagliato un capitolo riguardante gli stress effettuati, tra cui, una serie di stress test in luce in condizioni MPPT (Maximum Power Point Tracking), e uno stress test termico addizionale a temperatura costante. Per concludere, sarà presentata un’interpretazione dei risultati ottenuti e una valutazione dei possibili impieghi che questa tecnologia potrà avere negli anni futuri.