Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/1946/39488
Since 2013 a new form of solar cells based on hybrid organic-inorganic perovskite materials started to become a major topic the field of photovoltaics. The most common material is theCH3NH3PbI3, known as MAPI. This type of solar cells material has increased the photoconversion efficiency from 12% to 21% in only seven years, making it one of the fastest-growing efficiency of all solar cells. However, under working conditions, the MAPI material tends to break down over time much faster than others. The degradation is caused by several effectss, such as temperature and ionic migration. The author of this thesis performed a number of simulations of the motion of negative iodine ions (or iodides) inside MAPI, using the the LAMMPS software with MYP potential. The thesis includes an overview of the MAPI material for solar cells, of the molecular dynamics method applied to this material, and some results of the present research. The goal of this research is to identify possible migration patterns of the ions through the defects within the system. The defects refer to an under-coordinatedPb atom (or vacancy) in the structure and grain boundaries. The motion of the ion or of the vacancy was observed, and the mean squared displacement (MSD) was analyzed. An iodide was added or eliminated to and from the structure, respectively. Vacancies were also created by displacing one or more iodides away from their original sites, and two recombination processes were identified: a direct recombination between a displaced iodide and avacancy, and a chain reaction, when the free iodide binds to a complete cell and pushes another iodide nearby into the vacancy. Then, a granular configuration of MAPI was considered, and the migration of the iodide along the grain boundary was observed.
Nýjar gerðir sólarhlaða, byggðar á blöndu lífrænna og ólífrænna efna með svokallaða perovskite byggingu komu fyrst fram á sjónarsviðið 2013. Áhugi á slíkum gerðum sólarhlaðahefur vaxið mjög hratt og er þróun þeirra orðið eitt aðal áhersluatriðið innan sviðsins. Al-gengasta efnið í þessi perovskite sólarhlöð er CH3NH3PbI3 (methyl ammonium lead iodide,eða MAPI). Á aðeins sjö árum hefur nýtni þeirra aukist úr 12% í 21%, sem er með hröðustuframförum í nokkurri gerð sólarhlaða. Það sem heldur helst aftur af víðtækri notkun MAPI erað það brotnar mun hraðar niður en aðrar gerðir og endingartími þeirra er tiltölulega stuttur.Niðurbrotið stafar einkum af áhrifum hitastigs og færslu jóna. Höfundur þessarar ritgerðarframkvæmdi fjölda tölvuhermana af hreyfingu neikvæðra joð-jóna (eða joðíðs) innan MAPIbyggingar með svokölluðum LAMMPS hugbúnaði með MYP stöðuorkufalli. Í ritgerðinni erumfjöllun um möguleg efni í MAPI efni sólarsellur, sameinda-hreyfifræðilegar aðferðir sembeitt var og helstu niðurstöður. Markmiðið með þessum rannsóknum er að bera kennsl ámögulegt flæði-mynstur jóna í gegnum kristallagalla innan hlaðsins. Gerðir galla sem voruskoðaðir eru tilfærð Pb atóm/jónir, eyðuveilur og kornamörk. Fylgst var með hreyfingu jó-nanna eða eyðuveilanna og meðalfrávik voru greind. Skoðuð voru áhrif þess að bæta joðíðivið kristallabygginguna eða fjarlægja úr henni. Eyðuveilur voru einnig búnar til með því aðhliðra einu eða fleiri joðíði úr sæti sínu í því markmiði að skilgreina samruna atómsins/jó-narinnar og eyðuveilunnar. Tvö mismunandi samrunaferli voru greind: annarsvegar beinnsamruni tilfærðs joðíðs og eyðuveilar, og hinsvegar keðjuhvarf þar sem tilfært jóðíð binstannarri eingasellu og ýtir nálægu joðíði úr sæti sínu yfir í eyðuveiluna. Ennfremur var tekinfyrir kornótt MAPI-bygging og færsla joðíðs á kornamörkunum skoðuð.
Filename | Size | Visibility | Description | Format | |
---|---|---|---|---|---|
Rachel_masters__thesis.pdf | 15,7 MB | Open | Complete Text | View/Open |