钙钛矿太阳能电池制备中的闪光电红外退火

该方案对于使用FIRA方法制备薄膜钙钛矿太阳能电池至关重要。该方案的主要优势在于快速退火、环境友好以及薄膜制备的可重复性。该方法专为薄膜钙钛矿太阳能电池的制备而开发。

然而，该方法也可扩展用于软硬材料的薄膜涂层。要编程设定退火循环，首先将FIRA烘箱连接至计算机，并选择PID模式。确认已选择表格，并设置时间基准，使其长于退火和冷却过程的总持续时间。

设置好光源的开启和关闭时间后，点击“START table”以运行循环。制备介孔二氧化钛层时，取50微升介孔二氧化钛溶液，在4,000转/分钟的转速下旋涂10秒，加速度为1,200转/分钟，然后打开气体进气口的空气阀门。设置退火程序为550摄氏度下持续1,200秒，并将基底放入FIRA烘箱中。

在 PID 模式下启动退火过程，以形成 150 至 200 纳米的薄膜层。在适当的时间点，点击 STOP 表格以停止退火，待烘箱温度降至 25 摄氏度时取出样品。制备钙钛矿层时，首先在全功率模式下设置 1.6 秒的退火程序，然后在基底上以每分钟 4,000 转的速度旋涂 40 微升钙钛矿溶液，持续 10 秒，随后将基底转移至烘箱中。

然后开始退火过程。循环结束时，基底表面应由黄色变为黑色。将样品在烘箱中继续放置额外五秒钟以冷却，然后取出。

然后右键单击温度曲线，将其下载为 txt 或 xlsx 文件。为评估薄膜，使用配备氙灯光源和无限远校正的 10X 与 50X 物镜的光学显微镜对基底成像，同时通过集成在显微镜系统中并连接至光谱仪的光纤记录吸收光谱。省去反溶剂并缩短退火时间可显著降低能耗和经济成本。

钙钛矿合成过程的生命周期评估表明，FIRA 方法的环境影响仅为反溶剂法的 8%，制造成本仅为后者的 2%。此外，FIRA 与柔性及大面积基底兼容。X 射线衍射分析揭示了基于多种实验表征所观察到的四种不同钙钛矿相的边界。

另一个优势在于数据采集和材料筛选。例如，可以观察到采用FIRA循环（10次，15秒开启，45秒关闭脉冲）退火的介观二氧化钛层的温度曲线和X射线衍射图谱。FIRA炉可达到约500摄氏度，使二氧化钛层在仅10分钟内完成结晶，远短于传统方法所需时间。

对所得薄膜进行扫描电子显微镜成像显示，所制备的器件与通过传统方法制备的器件相似，具有相近的厚度和形貌。FIRA工艺器件表现出优异的性能，其中最佳器件的功率转换效率、填充因子、开路电压和短路光电流与使用反溶剂法制备的器件相当，表明FIRA是钙钛矿太阳能电池一种有前景的替代加工方法。FIRA方法是一种强大的钙钛矿太阳能电池加工技术，为我们提供了独特的数据采集和材料筛选机会。