Structural Engineering of Halide Perovskites and Their Association With Organics for Optoelectronic Applications

Abstract

Halide perovskites show great potential for next-generation optoelectronic applications due to their unique photophysical properties with low production costs. However, their stability issues still prevent their commercialization on a large scale. The main objective of this dissertation is to understand the additive engineering strategy to improve the quality of halide perovskite films and nanocrystals for solar cells and lightemitting diodes. There are two sections to this dissertation: The first section focuses on halide perovskite films and solar cells while the second one focuses on halide perovskite nanocrystals and white light-emitting diodes. In the first section of this dissertation, in Chapter 2-3, the improvement of Sn-Pb and methylammonium-free Pb-based halide perovskite films by additives are investigated. The suppression of defects via additives is demonstrated through structural, elemental, and optical analyses. The improved performance of perovskite solar cells by decreasing defects is also shown. In Chapter 4-5, the change in stability and optical properties of the halide perovskite nanocrystals by means of additive engineering and their applications in white light-emitting diode are studied. The results in this dissertation represent a new approach to improving the structural and photophysical properties of halide perovskites and introduce a new perspective of additive engineering method in the field of halide perovskite-based optoelectronic applications.

Halojenür perovskitler, düşük üretim maliyetleri ve eşsiz fotofiziksel özellikleri sebebiyle yeni nesil optoelektronik uygulamalar için büyük bir potansiyel göstermektedir. Ancak, kararlılık sorunları hala büyük ölçekte ticarileşmelerini engellemektedir. Bu tezin temel amacı, güneş hücreleri ve ışık yayan diyotlar için halojenür perovskit filmlerin ve nanokristallerin kalitesini artırmak için katkılama stratejisini anlamaktır. Bu tezin iki bölümü vardır: İlk bölüm halojenür perovskit filmler ve güneş hücrelerine odaklanırken, ikinci bölüm halojenür perovskit nanokristaller ve beyaz ışık yayan diyotlara odaklanmaktadır. Bu tezin ilk bölümünde, Bölüm 2-3’te, Sn-Pb ve metilamonyum içermeyen Pb esaslı halojenür perovskit filmlerin katkılama ile iyileştirilmesi araştırılmaktadır. Katkılama ile kusurların bastırılması, yapısal, elementel ve optik analizler ile gösterilmektedir. Kusurları azaltarak perovskit güneş hücrelerinin performansının arttığı da gösterilmiştir. Bölüm 4-5’te beyaz ışık yayan diyot uygulamaları için katkılama yoluyla halojenür perovskit nanokristallerin kararlılığı ve optik özelliklerindeki değişim incelenmiştir. Bu tezdeki sonuçlar, halojenür perovskitlerin yapısal ve fotofiziksel özelliklerini iyileştirmeye yönelik yeni bir yaklaşımı temsil etmekte ve halojenür perovskite dayalı optoelektronik uygulamalar alanında yeni bir katkılama mühendisliği yöntemi perspektifi sunmaktadır.