Recocido infrarrojo flash para procesamiento de células solares de perovskita

Describimos un método de recocido infrarrojo flash utilizado para la síntesis de películas de perovskita y mesoscópica-TiO_2. Los parámetros de recocido son variados y optimizados para su procesamiento en vidrio de óxido de estaño dopado por flúor (FTO) y tereftalato de polietileno recubierto de óxido de indio (ITO PET), dando posteriormente a los dispositivos eficiencias de conversión de potencia >20%.

Este protocolo es clave para utilizar el método FIRA para el procesamiento de células solares de perovskita de película delgada. La principal ventaja de este protocolo son el tiempo de recocido rápido, la eco-amabilidad y la reproducibilidad del procesamiento de película delgada. Este método ha sido desarrollado para células solares de perovskita de película delgada.

Sin embargo, se puede ampliar para un recubrimiento de película delgada de materiales blandos y duros. Para programar el ciclo de recocido, primero conecte el horno FIRA a un ordenador y seleccione el modo PID. Confirme que la tabla está seleccionada con una base de tiempo que es más larga que la duración total de los procesos de recocido y refrigeración.

Después de ajustar las horas en las que las lámparas deben estar encendidas y apagadas, haga clic en LA TABLA START para ejecutar el ciclo. Para preparar una capa de dióxido de titanio mesoporrosa, cubre 50 microlitros de una solución mesoporosa de dióxido de titanio a 4.000 revoluciones por minuto durante 10 segundos con una velocidad de aceleración de 1200 revoluciones por minuto y, a continuación, abra la válvula de aire de entrada de gas. Programe un ciclo de recocido de 1200 segundos a 550 grados Centígrados y coloque los sustratos en el horno FIRA.

Inicie el proceso de recocido en modo PID para producir una capa de 150 a 200 nanómetros. En el punto de tiempo adecuado, haga clic en la tabla STOP para detener el recocido y, a continuación, retire las muestras cuando la temperatura del horno alcance los 25 grados centígrados. Para preparar una capa de perovskita, primero programe un paso de recocido de 1,6 segundos en modo de potencia completa, gire 40 microlitros de solución de perovskita en el sustrato a 4.000 revoluciones por minuto durante 10 segundos y transfiera el sustrato al horno.

A continuación, inicie el proceso de recocido. Al final del ciclo, la superficie del sustrato debe pasar de amarillo a negro. Deje las muestras en el horno durante cinco segundos adicionales para enfriarlas antes de retirarlas.

A continuación, haga clic con el botón derecho en el perfil de temperatura para descargarlo como un archivo txt o xlsx. Para evaluar la película delgada, imagine el sustrato en un microscopio óptico equipado con una fuente de luz de xenón y objetivos 10X y 50X infinitamente corregidos y registre simultáneamente los espectros absorbentes con una fibra óptica integrada en el microscopio configurada y conectada a un espectrómetro. La eliminación del antisovente y la reducción de los tiempos de recocido reducen significativamente los costes energéticos y financieros.

La evaluación del ciclo de vida del proceso de síntesis de perovskita muestra que FIRA presenta sólo el 8% del impacto ambiental y el 2% del costo de fabricación del método antisovente. Además, FIRA es compatible con sustratos de área flexible y grande. El análisis de difracción por rayos X reveló los límites de las cuatro fases distintas de la perovskita observadas sobre la base de varias caracterizaciones experimentales.

Otra ventaja es la recopilación de datos y el cribado de materiales. Por ejemplo, se puede observar el perfil de temperatura y el patrón de difracción de rayos X para una capa mesoscópica de dióxido de titanio recocido con un ciclo FIRA de 10, 15 segundos encendido, 45 segundos de pulsos apagados. El horno FIRA puede alcanzar aproximadamente 500 grados Celsius permitiendo que la capa de dióxido de titanio se centre en sólo 10 minutos, mucho más corto que con los métodos convencionales.

El escaneo de imágenes de microscopios electrónicos de la película resultante muestra que los dispositivos fabricados son similares a los fabricados a través de métodos tradicionales con capas de espesor y morfología similares. Los dispositivos de proceso FIRA demuestran un excelente rendimiento, con el dispositivo champion mostrando eficiencias de conversión de potencia, factores de llenado, voltajes de circuito abierto y corrientes fotográficas de cortocircuito similares a los dispositivos fabricados con el método antisovente, lo que demuestra que FIRA es un prometedor método de procesamiento alternativo para células solares de perovskita. El método FIRA es una potente técnica para el procesamiento de células solares de perovskita y nos ofrece una oportunidad única para la recopilación de datos y el cribado de materiales.