Photothermal deflection spectroscopy for the study of lead halide perovskites

This experimental thesis offers an introduction to the world of perovskites, a material's family on which the next generation of solar cells could be based on. A preliminary physical analysis, based on the many similarities with the well-studied solid state physics for traditional semiconductors, allows us to underline how the electro-optical properties of these materials can affect the performance of the future solar cells. In particular we focus our work on the Urbach energy, a parameter associated with the amount of defect states in the material, that can be deduced from the steepness of the absorption band edge. In order to estimate this parameter correctly, the sensitivity of the UV-Vis measurement is not sufficient, therefore we will design and build a Photothermal Deflection Spectroscopy setup, an ultra-sensitive absorption measurement technique that detects heating of the sample due to the non-radiative relaxation of absorbed light and it is insensitive to reflection and scattering.

Questa tesi sperimentale propone un'introduzione al mondo delle perovskiti, una famiglia di materiali dalla quale potrebbe nascere la prossima generazione di celle solari. Un'iniziale analisi fisica, basata sulla similitudine con la assodata teoria dello stato solido che descrive i semiconduttori più tradizionali, ci permette di evidenziare come le proprietà elettro-ottiche di questi materiali possono influenzare le prestazioni della futura cella solare. In particolare ci concentriamo sull'energia di Urbach, un parametro associato alla difettosità del materiale, deducibile dalla pendenza della coda di assorbimento nella banda proibita. Per la corretta stima di questo parametro, la classica misurazione UV-Vis non è sufficientemente sensibile, quindi procederemo con la progettazione e la realizzazione di un setup per la Photothermal Deflection Spectroscopy (PDS), una tecnica fototermica per la misurazione dell'assorbimento estremamente sensibile, che sfrutta la lente termica creata dal rilassamento termico non radiativo del campione che ha assorbito la luce.