Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Theoretical studies of electronic properties of Methylammonium lead iodide perovskite under high pressure

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าเชิงทฤษฎีของเมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์เพอรอฟสไกต์ภายใต้ความดันสูง

Year (A.D.)

2016

Document Type

Thesis

First Advisor

Thiti Bovornratanaraks

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Physics

DOI

10.58837/CHULA.THE.2016.1811

Abstract

Many researchers have claimed that hybrid organic−inorganic perovskite (HOIP) could hold the key to the new era of photovoltaic technology, owing to its efficiency, both energetically and economically. Despite all its merits, perovskite solar cell is plagued by an indispensable draw back; it degrades precipitously under sunlight. Not only sunlight that has destructive effects on perovskites, humidity and high temperature also cause the compound to disintegrate. In this work, we present a review on structural properties of the archetypal perovskite, the methylammonium lead iodide perovskite, as reported by various experiments. We performed density functional theory calculations to study the role of methylammonium dynamics to the structural properties. We also cover the most up-to-date reports on pressurization experiments. The effects of pressure on the material structural and electronic properties is also discussed.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

เซลล์ไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์นับเป็นทางเลือกที่สะอาดและยั่งยืนทางเลือกหนึ่ง การค้นคว้าวิจัยเพื่อพัฒนาเซลล์ไฟฟ้าแสงอาทิตย์ที่มีต้นทุนการผลิตต่ำและประสิทธิภาพสูงจึงก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว ในช่วงสิบปีที่ผ่านมามีการนำสารกึ่งตัวนำประเภทไฮบริดออร์แกนิก-อินออร์แกนิกเพอรอฟสไกต์มาเป็นส่วนประกอบหลักในเซลล์ไฟฟ้าแสงอาทิตย์ สารชนิดนี้มีจุดเด่นในด้านต้นทุนในการสังเคราะห์ที่ต่ำ สังเคราะห์ได้ง่าย และเมื่อนำมาประกอบเป็นเซลล์ไฟฟ้าแสงอาทิตย์แล้วมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าสูง แต่สารกึ่งตัวนำดังกล่าวมีข้อด้อยที่ไม่อาจมองข้ามได้อยู่ กล่าวคือ นักวิทยาศาสตร์พบว่าเพอรอฟสไกต์มีความคงทนต่ำ ไม่สามารถคงสถานะไว้ได้ในสิ่งแวดล้อมที่ชื้น มีออกซิเจน และยังสลายตัวเร็วขึ้นเมื่อมีแสงในย่านอัลตราไวโอเลตตกกระทบ ทำให้แม้จะสังเคราห์ได้ในต้นทุนต่ำ แต่ก็ยังไม่สามารถนำมาผลิตใช้ในเชิงธุรกิจได้ เพื่อหาสาเหตุของการสูญเสียเสถียรภาพภายใต้อุณหภูมิ ผู้เขียนจึงศึกษาสมบัติทางโครงสร้างเชิงทฤษฎีของสารสารกึ่งตัวนำประเภทไฮบริดออร์แกนิก-อินออร์แกนิกเพอรอฟสไกต์ที่มีองค์ประกอททางเคมี คือเมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์เพอรอฟสไกต์ ซึ่งเป็นสารชนิดหลักที่ใช้ในงานทดลอง ศึกษาโดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎีฟังก์ชันนอลของความหนาแน่น เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพลวัฒน์ในระบบที่เกิดจากการหมุนของโมเลกุลเมทิลแอมโมเนียมกับสมบัติเชิงโครงสร้างของวัสดุ ในงานนี้ผู้เขียนกล่าวถึงความสำคัญของการเพิ่มพารามิเตอร์อันตรกิริยาแวนเดอวาลส์ต่อความแม่นยำของการคำนวณ และศึกษาสมบัติเชิงโครงสร้างและทางไฟฟ้าของเมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์เพอรอฟสไกต์ภายความดันสูง พบว่าเมื่อให้ความดันเมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์เพอรอฟสไกต์มีการมีค่าช่องว่างระหว่างพลังงาน (Energy Band) ต่างจากที่ความดันปกติ ซึ่งแป็นการชี้นำว่าการใช้ความดันเป็นปัจจัยเพื่อควบคุมค่าช่องว่างระว่างพลังงานในสารกึ่งตัวนำชนิดนี้ได้

Link to Full Text

Share

COinS