Methodenartikel

Flash infrarood gloeien voor Perovskiet zonnecel verwerking

DOI:

10.3791/61730

⸱

3 februari 2021

 ,  , 
1Department of Chemistry, Molecular Sciences Research Hub, Imperial College London, 2Laboratory of Photomolecular Science (LSPM), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We beschrijven een flash infrarood gloeimethode die wordt gebruikt voor de synthese van perovskiet- en mescopisch-TiO2-films. Gloeiparameters zijn gevarieerd en geoptimaliseerd voor verwerking op fluor-doped tinoxide (FTO) glas en indium tin oxide-gecoate polyethyleentereftalaat (ITO PET), vervolgens geven apparaten vermogen conversie efficiëntie >20%.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Organisch-anorganische perovskieten hebben een indrukwekkend potentieel voor het ontwerp van zonnecellen van de volgende generatie en worden momenteel overwogen voor opschaling en commercialisering. Momenteel zijn perovskiet zonnecellen afhankelijk van spincoating die niet praktisch is voor grote gebieden of milieuvriendelijk is. Inderdaad, een van de conventionele en meest effectieve laboratoriumschaalmethoden om perovskietkristallisatie te induceren, de antisolvente methode, vereist een hoeveelheid giftig oplosmiddel dat moeilijk aan te brengen is op grotere oppervlakken. Om dit probleem op te lossen, kan een antisolvent-vrij en snel thermisch gloeiproces genaamd flash infrarood gloeien (FIRA) worden gebruikt om zeer kristallijne perovskietfilms te produceren. De FIRA-oven bestaat uit een reeks bijna-infrarood halogeenlampen met een verlichtingsvermogen van 3.000 kW/m2. Een holle aluminium behuizing maakt een effectief waterkoelsysteem mogelijk. De FIRA-methode maakt de synthese van perovskietfilms in minder dan 2 s mogelijk, waardoor efficiëntieverbeteringen >20% worden bereikt. FIRA heeft een uniek potentieel voor de industrie omdat het kan worden aangepast aan continue verwerking, antisolvent-vrij is en geen lange, urenlange gloeistappen vereist.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sinds hun oprichting in 2009 hebben zonnecellen op basis van loodhalogenideperovskieten een ongekende groei laten zien, waarbij de efficiëntie van energieconversie (PCE) steeg van 3,8%1 naar 25,2%2 in iets meer dan een decennium van ontwikkeling. Onlangs is er ook interesse geweest in de ontwikkeling van perovskiet zonnecellen (PSC's) op flexibele substraten zoals polyethyleenteeftalaat (PET), omdat ze lichtgewicht, goedkoop zijn, toepasbaar zijn op roll-to-roll-productie en kunnen worden gebruikt om flexibele elektronica aan tedrijven3,4. In het afgelopen decennium is de PCE van flexibele PSC 's aanzienlijk verbeterd van 2,62% naar 19,1%5.

De meeste van de huidige verwerkingsmethoden voor PSC 's omvatten de afzetting van de perovskietprecursoroplossing, toevoeging van een antisolvent (AS) zoals chlorobenzeen om nucleatie op te wekken en ten slotte thermisch gloeien om het oplosmiddel te verdampen en kristallisatie van het perovskiet in de gewenste morfologie te bevorderen6,7,8,9. Deze methode vereist matige hoeveelheden organisch oplosmiddel (~ 100 μL per substraat van 2 x 2 cm) dat meestal niet wordt teruggewonnen, moeilijk aan te brengen is op substraten met een groot oppervlak en niet altijd reproduceerbaar is. Bovendien vereist de perovskietlaag gloeien bij >100 °C gedurende maximaal 120 minuten, terwijl de mesopore-TiO2 elektronentransportlaag gedurende ten minste 30 minuten bij 450 °C moet worden gezapeerd, wat niet alleen leidt tot grote elektronische kosten en een potentieel knelpunt in de uiteindelijke opschaling van PSC 's , maar ook onverenigbaar is met flexibele substraten die doorgaans geen verwarming bij ≥ 250 °C10,11,12kunnen verdragen . Er moeten derhalve alternatieve productiemethoden worden gevonden om deze technologie op de handel te commercialiseren3,13,14.

Flash infraroodgloeien, voor het eerst gerapporteerd in 201511, is een goedkope, milieuvriendelijke en snelle methode voor de synthese van compacte en defecttolerante perovskiet en metaaloxide dunne films die de noodzaak van een antisolvent elimineert en compatibel is met flexibele substraten. Bij deze methode worden vers-spin-gecoate perovskietfilms blootgesteld aan bijna-IR-straling (700-2.500 nm, met een piek van 1.073 nm). Zowel TiO2 als perovskiet hebben een lage absorptie in deze regio, terwijl FTO een sterke NIR-absorber is en snel opwarmt, waardoor het oplosmiddel verdampt en indirect het actieve materiaalwordt gegloeid 11,15. Een korte puls van 2 s kan het FTO-substraat verwarmen tot 480 °C, terwijl de perovskiet op ~ 70 °C blijft, wat verticale verdamping van het oplosmiddel en de laterale groei van kristallen over het substraat bevordert. Warmte wordt snel afgevoerd via koeling uit de externe behuizing en binnen enkele seconden wordt de kamertemperatuur bereikt.

De nucleatie- en kristallisatieprocessen, en dus de uiteindelijke morfologie van de film, kunnen worden gevarieerd door FIRA-parameters zoals pulslengte, frequentie en intensiteit, waardoor een veel reproduceerbarere en controleerbare kristalgroei mogelijk is16. Uitgaande van tijdgebonden nucleatie bepaalt de pulslengte de nucleatiedichtheid, terwijl de pulsintensiteit de energie bepaalt die voor kristallisatie wordt geleverd. Onvoldoende energie zou leiden tot onvolledige verdamping of kristallisatie van oplosmiddelen, terwijl overtollige energie zou leiden tot thermische afbraak van het perovskiet15. Optimalisatie van deze factoren is daarom belangrijk voor de vorming van een homogene perovskietfilm, die de opto-elektronische eigenschappen van het uiteindelijke apparaat kan beïnvloeden.

In vergelijking met de AS-methode heeft FIRA een langzamere nucleatie en snellere kristalgroei, wat leidt tot grotere kristallijne domeinen (~ 40 μm voor FIRA versus ~ 200 nm voor AS)16. De lagere nucleatiesnelheid kan te wijten zijn aan een lagere oververzadiging of een beperkte nucleatiefase zoals gecontroleerd door de duur van de puls15. Het verschil in korrelgrootte heeft echter geen invloed op de mobiliteit en levensduur van ladingdragers (mobiliteit ~ 15 cm2/ Vs voor AS en ~ 19 cm2/ Vs voor FIRA)17 en geeft films met vergelijkbare structurele en optische eigenschappen, zoals gemeten door röntgendiffractie (XRD) en fotoluminescentie (PL)12. In feite suggereren rapporten dat grotere korrelgroottes gunstig zijn als gevolg van onderdrukte perovskietdegradatie bij korrelgrenzen4. Compacte, defecttolerante en zeer kristallijne perovskietfilms kunnen met beide methoden worden gevormd, waardoor apparaten met >20% PCE18.

Bovendien maken de eliminatie van de antisolvent en de vermindering van de gloeitijd van uren tot seconden het veel kosteneffectiever en milieuvriendelijker. Met deze methode kan ook een kristallijne mesoscopisch-TiO2-laag worden vervaardigd, waardoor de energie-intensieve sinteerstap (bij 450 °C gedurende 30 minuten, 1-3 uur in totaal) wordt verminderd tot slechts 10 min16,18. TiO2 gloeitijden zo kort als seconden zijn ook eerder gemeld met behulp van variaties van deze methode19,20,21,22. Als gevolg hiervan kan een hele PSC worden vervaardigd in minder dan een uur18. Deze methode is ook compatibel met industriële opschaling en commercialisering, omdat deze kan worden aangepast aan depositie en roll-to-roll-verwerking van grote oppervlakten voor snelle en gesynchroniseerde doorvoerproductie15. Bovendien maakt het waterkoelsysteem een snelle warmteafvoer mogelijk, waardoor het geschikt is voor de fabricage van apparaten op flexibele substraten zoals PET.

FIRA kan worden gebruikt voor elke natte, dunne film die kan worden afgezet via een eenvoudig oplossingsproces en kan worden gekristalliseerd bij verschillende temperaturen tot 1.000 °C. De parameters kunnen zo worden geoptimaliseerd dat kristallen in de gewenste morfologie worden gevormd. Het is bijvoorbeeld gebruikt voor de synthese van verschillende perovskietsamenstellingen op glas en PET12,15,18, evenals de mescopisch-TiO2-laag op glas, waardoor apparaten van >20% PCE18. Het maakt ook de studie van fase-evolutie tegen temperatuur mogelijk, aangezien de oven- en substraatoppervlaktemperaturen worden gemeten om een temperatuurprofiel van het kristallisatieproces te geven16,17.

Dit artikel bespreekt in de eerste plaats het protocol dat wordt gebruikt voor de optimalisatie van gloeiparameters om een compacte, defecttolerante en homogene perovskietfilm (MAPbI3)te synthetiseren, die tegelijkertijd inzicht biedt in de evolutie van de perovskietmorfologie ten opzichte van temperatuur/pulstijd. Ten tweede wordt een protocol besproken voor de verwerking van perovskiet zonnecellen met FIRA-gegloeide mesoscopische TiO2 en perovskietlagen. Voor deze studie is een perovskietsamenstelling op basis van formamidinium (80%), cesium (15%) en guanidinium (5%) er werd gebruik gemaakt van kationen (hierna "FCG" genoemd) en na de behandeling werd een tetrabutyl ammoniumjodide (TBAI) uitgevoerd. Daarom beoogt dit document de veelzijdigheid van de FIRA-methode, de voordelen ervan ten opzichte van de conventionele antisolvente methode en het potentieel ervan om te worden toegepast bij de uiteindelijke commercialisering van perovskiet zonnecellen20,21,22.

Dit protocol is onderverdeeld in 4 secties: 1) Een algemene beschrijving van de werking van de FIRA-oven 2) Proces voor de optimalisatie ensynthese van een MAPbI 3 perovskietfilm op FTO-glas 3) Verwerking van FCG-perovskiet zonnecellen en 4) Synthese van MAPbI3-films op ITO-PET.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Werking van de FIRA-oven

OPMERKING: Een schema van de FIRA-oven, in eigen beheer ontwikkeld, is weergegeven in figuur 1A. De FIRA-oven bestaat uit een reeks van zes bijna-infrarood halogeenlampen (piekemissie bij golflengte van 1.073 nm) met een verlichtingsvermogen van 3.000 kW/m2 en een totaal uitgangsvermogen van 9.600 kW. Een holle aluminium behuizing biedt een effectief waterkoelsysteem en maakt op zijn beurt een snelle thermische energieafvoer (binnen enkele seconden) mogelijk. Het wordt bewaard in een stikstofhandschoenkastje en N2 wordt continu door de kamer gestroomd via een gasinlaat om het onder een inerte atmosfeer te houden, behalve tijdens het gloeien. O2 kan ook worden geïntroduceerd bij het gloeien van metaaloxidefilms om oxidatie te bevorderen.

figure-protocol-1
Figuur 1: (A) Schema met doorsnede van de FIRA-oven. De ovenkamer wordt continu gekoeld door water dat door de behuizing stroomt en onder een N2-atmosfeer wordt gehouden. (B) Afbeelding van de FIRA-oven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-2
Figuur 2: Interface van de FIRA-software. Het paneel aan de linkerkant toont het temperatuurprofiel, dat het ingestelde punt (invoerprogramma), oventemperatuur en pyrometertemperatuur (substraatoppervlak) weergeeft. Het gewenste gloeiprogramma wordt op de tafel rechts ingevoerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Programmering van gloeicycli
    1. Sluit de FIRA-oven aan op een computer, van waaruit deze kan worden bediend via een gebruikersinterface (figuur 2) op een interne software. Selecteer op basis van het experiment de modus full-power of PID (proportioneel-integraal-afgeleid). In de full-power modus zijn de IR-lampen volledig aan of uit, terwijl in de PID-modus de oven gedurende een bepaalde tijd op een specifieke temperatuur wordt gehouden door intensiteitsmodulatie.
    2. Zorg ervoor dat tabel is geselecteerd op de tabel/handmatige schakelaar en voer een tijdbasis in die langer is dan de totale duur van de gloei- en koelprocessen.
    3. Full-power modus: Voer de tijden in waarop de lampen aan of uit moeten staan in de tafel rechts van de interface. Op deze manier kunnen enkele pulsen en gloeicycli worden geprogrammeerd, waardoor de pulslengte en -frequentie kunnen worden bestuurd. Dit is geschikt voor films die snel gegloeid kunnen worden, of voor substraten die geen aanhoudende verwarming kunnen verdragen (bijv. ~1,5-2 s voor perovskietfilms).
    4. PID-modus: Voer de tijd en temperatuur in waarop de oven in de tabel moet worden bestraald. Net als het werkingsprincipe van een traditionele kookplaat kan de intensiteit van de verwarmingsbron worden gemoduleerd. Dit is geschikt voor films die doorgaans langere gloeitijden vereisen (bijv. 15 min bij 100 °C voor TBAI).
    5. Gegevensverwerving: Download het temperatuurprofiel dat aan de linkerkant van de interface wordt weergegeven als een .txt- of spreadsheetbestand door met de rechtermuisknop op het profiel te klikken en klik vervolgens op Bestand exporteren.
      OPMERKING: De software wordt gebruikt voor zowel gegevensverwerving als systeembesturing, waarbij de belangrijkste verkregen ruwe gegevens het temperatuurprofiel zijn. Op het temperatuurprofiel (figuur 2) wordt het invoerprogramma weergegeven door het "ingestelde punt". De oventemperatuur (gemeten door een K-type thermokoppel) en substraattemperatuur (geschat door een pyrometer) worden in realtime weergegeven, wat inzicht geeft in de kristallisatieomstandigheden van dunne film. Houd er rekening mee dat de oventemperatuur niet direct wordt geschaald met traditionele kookplaattemperaturen, omdat het thermokoppel ook direct wordt blootgesteld aan IR-straling. In plaats daarvan dient het als referentiepunt voor vergelijking tussen verschillende FIRA-gloeiparameters.
  2. Algemeen gloeiproces
    1. Deponeer de precursor via een geschikt oplossingsproces: spincoating26, dipcoating27, of doctor-blading28.
    2. Breng de ondergronden over in de FIRA-ovenkamer en sluit het deksel van de oven. Zorg ervoor dat de stikstofstroom in de kamer wordt uitgeschakeld door de gasinlaatklep te sluiten.
    3. Start en stop het gloeien door op de START-tabel en de STOP-tabel op de computer te klikken. U ook de FIRA-oven aansluiten op een voetpedaal, dat ook kan worden gebruikt om het programma te starten en te stoppen. Als gevolg hiervan kan gloeien worden uitgevoerd zonder iemands handen uit het dashboardkastje te verwijderen, waardoor een veel soepeler en gesynchroniseerd proces mogelijk is.
    4. Wanneer de oventemperatuur kamertemperatuur bereikt, verwijdert u de ondergronden uit de ovenkamer.

2. MAPbI3 Perovskiet filmsynthese en optimalisatie op FTO-glas

  1. Voorbereiding van perovskietoplossing
    1. Los methylammoniumjodide op in watervrij DMF:DMSO 2:1 v/v om een oplossing van 1,9 M te verkrijgen.
    2. Voeg een equimolar hoeveelheid PbI2 toe aan de oplossing en verdun met watervrij DMF:DMSO 2:1 v/v om een 1,4 M methylammoniumloodjodide precursoroplossing te geven. Verwarm op 80 °C tot volledige ontbinding en koel af tot kamertemperatuur.
      OPMERKING: De oplossing wordt bereid en opgeslagen in een argon handschoenkastje. Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
  2. Perovskiet filmsynthese
    1. Gebruik FTO gecoate glassubstraten van 1,7 cm x 2,5 cm.
    2. Reinig de substraten via opeenvolgende sonicatie in reinigingszeep (2 vol % in gedeïoniseerde H2O), aceton en ethanol gedurende elk 15 minuten en droog ze vervolgens met perslucht.
    3. Behandel de substraten onder UV/ozon gedurende 15 minuten in een plasmareiniger.
    4. Voer het gewenste gloeiprogramma in volgens punt 1.1.
    5. Blaas het substraatoppervlak op met een stikstofpistool om stof en andere onzuiverheden te verwijderen.
    6. Spin-coat 50 μL van de perovskiet precursor bij 4.000 tpm gedurende 10 s, met een acceleratie van 2000 rpm·s-1.
    7. Breng onmiddellijk na de afzetting het substraat over naar de FIRA-oven voor gloeien op een reeks pulstijden zoals gewenst (0-7 s gebruikt hierin, geoptimaliseerde puls is 2 s). Start het ingevoerde gloeiprogramma door op START op de software te drukken of op het voetpedaal te stappen. Een kleurverandering van geel naar zwart moet worden waargenomen, wat wijst op de vorming van een 3D-perovskietstructuur.
    8. Verwijder het substraat wanneer de oventemperatuur 25 °C bereikt.
    9. Bewaar de gegloeide folies in een droge luchtdoos.
      OPMERKING: De FIRA-oven en de spincoater worden in hetzelfde stikstofhandschoenkastje geplaatst, zodat oplossingsdepositie en gloeien soepel en onder een inerte atmosfeer kunnen worden uitgevoerd.
  3. Materiaalkarakterisering
    1. Leg optische beelden vast op een polariserende microscoop uitgerust met een xenon lichtbron en oneindig gecorrigeerde doelstellingen van 10x en 50x.
    2. Absorptiespectra opnemen gelijktijdig met een optische vezel geïntegreerd in de microscoopopstelling en aangesloten op een spectrometer (spectraalbereik 300-1.100 nm).
      OPMERKING: De bovenstaande karakterisering kan onmiddellijk na het gloeien worden uitgevoerd, waardoor de filmkwaliteit snel kan worden gescreend. De metingen worden uitgevoerd in omgevingslucht en temperatuur. Meer diepgaande karakterisering zoals scanning elektronenmicroscopie (SEM) en röntgendiffractie kan vervolgens worden uitgevoerd (zie rubriek 3.7).

3. FCG perovskiet zonnecel verwerking

  1. Substraatvoorbereiding en reiniging
    1. Ets één kant van de FTO glassubstraten met Zn poeder en 4 M HCl.
    2. Reinig substraten via opeenvolgende sonicatie in reinigingszeep (2 vol % in gedeïoniseerd H2O) gedurende 30 minuten en isopropanol gedurende 15 minuten en droog met perslucht.
    3. Behandel onder UV/ozon gedurende 5 minuten in een plasmareiniger.
  2. Compacte TiO2 laag
    1. Verwarm FTO-glassubstraten tot 450 °C op een sinterende kookplaat en bewaar ze 15 minuten op deze temperatuur voordat de oplossing wordt gedepositied.
    2. Verdun 0,6 ml titaniumdiisopropoxidebis (acetylacetonate) en 0,4 ml acetylaceton in 9 ml EtOH om de precursoroplossing te geven.
    3. Deponeer de oplossing via spray pyrolyse met zuurstof als draaggas (0,5 bar) op 45° en een afstand van ~20 cm. Laat een interval van 20 s tussen elke spuitcyclus.
    4. Laat de substraten nog 5 minuten op 450 °C staan en koel af tot kamertemperatuur. Dit geeft een compacte TiO2 laag van ~30 nm.
      OPMERKING: Het protocol kan hier worden gepauzeerd. Als de volgende stap niet onmiddellijk wordt uitgevoerd, moet u het substraat gedurende 30 minuten opnieuw sinteren bij 450 °C voordat de mesopore-TiO2-laag wordt gedepositied.
  3. Mesoporous-TiO2 laag
    1. Maak een precursoroplossing door TiO2-pasta (deeltjesgrootte 30 nm) in EtOH te verdunnen bij een concentratie van 75 mg/ml. Roer de oplossing met een magnetische roerstaaf tot de oplossing volledig is op.
    2. Spin-coat 50 μL van de oplossing bij 4.000 tpm gedurende 10 s, met een hellingbaan van 2.000 tpm·s-1.
    3. Programmeer een gloeicyclus van 10 pulsen, 15 s aan en 45 s uit in de tabel op de software.
    4. Plaats de ondergronden in de FIRA-oven en gloei onder volledige vermogensmodus met de bovenstaande gloeicyclus door op starttafel te drukken of op het voetpedaal te stappen. Dit levert een laag van 150-200 nm op.
    5. Verwijder de monsters wanneer de oventemperatuur 25 °C bereikt.
      OPMERKING: Zorg ervoor dat de oven op kamertemperatuur of lager staat voordat u begint met gloeien. Met de bovenstaande cyclus bereikt de oventemperatuur ~ 600 °C tijdens het gloeien.
  4. Perovskietlaag
    1. Maak een oplossing van formamidiniumjodide (1,12 M), PbI2 (1,4 M), CsI (0,21 M) en GAI (0,07 M) in watervrij DMF:DMSO 2:1 v/v.
    2. Spin-coat 40 μL van de oplossing bij 4.000 tpm gedurende 10 s.
    3. Programmeer een gloeistap van 1,6 s op de full power-modus op de software (deze bereikt ~ 90 °C).
    4. Breng het substraat over in de FIRA-oven en begin met gloeien door op starttafel te drukken of op het voetpedaal te stappen. Het oppervlak moet van geel naar zwart veranderen.
    5. Laat de monsters nog 10 s in de oven staan om af te koelen voordat u ze verwijdert.
  5. Tetrabutyl ammoniumjodide (TBAI) nabehandeling (optioneel)
    1. Los 3 mg tetrabutylammoniumjodide op in 1 ml isopropanol.
    2. Spin-coat de oplossing bij 4.000 tpm voor 20 s.
    3. Programmeer een gloeistap bij 100 °C gedurende 15 minuten met behulp van de PID-modus.
    4. Breng het substraat over in de FIRA-oven en gloei met bovenstaand programma. Koel af tot 25 °C voor de volgende stap.
  6. Gattransportmateriaal en topelektrode
    1. Spiro-OMeTAD oplossen in chlorobenzeen (70 mM) en 4-tert-butylpyridine (TBP), Lithium bis(trifluoromethylsulphonyl)imide) (Li-TFSI, 1,8 M in acetonitril) en Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine)-kobalt(III) Tris(bis(trifluoromethylsulfonyl) imide) (FK209, 0,25 M in acetonitril) zodanig dat de molaire verhouding van de additieven ten opzichte van spiro-OMeTAD 3,3 is; 0,5, en 0,03 voor respectievelijk TBP, Li-TFSI en FK209.
    2. Deponeer 50 μL van de oplossing bij 4.000 tpm gedurende 20 s onder dynamische spincoating en voeg de oplossing 3 s toe na het begin van het programma.
    3. Laat het 's nachts oxideren in een droge luchtbak.
    4. Deponeer 80 nm goud via thermische verdamping onder vacuüm. Gebruik een schaduwmasker om de elektroden te patroon.
  7. Testen van fotovoltaïsche apparaten en materiaalkarakterisering
    1. Doe fotovoltaïsche metingen met behulp van een zonnesimulator uitgerust met een xenonbooglamp en een digitale bronmeter. Geef het actieve gebied van het apparaat op met een zwart, niet-reflecterend metalen masker (0,1024 cm2 die hierin wordt gebruikt). Meet de stroomspanningscurven bij vooringenomenheid in omgekeerde en voorwaartse richting bij een scansnelheid van 10 mV/s onder AM 1,5 G bestraling.
    2. Neem röntgendiffractiepatronen met een diffractometer in reflectiespinmodus, met behulp van Cu Kα-straling en een Ni β-filter.
    3. Maak scanning elektronenmicroscoopbeelden bij een versnellingsspanning van 3 kV.

4. MAPbI3 films op ITO-PET substraat

  1. Snijd ITO-PET en microscoopglas in stukjes van 1,7 cm x 2,5 cm.
  2. Reinig de glazen dia's en ITO-PET volgens stap 2.2.2–2.2.3.
  3. Bevestig de ITO-substraten met dubbelzijdige tape op de glazen dia's, zodat ze zo plat mogelijk zijn.
  4. Bereid de MAPbI3-precursor voor zoals beschreven in punt 2.1. Blaas het substraatoppervlak op met een N2-pistool voordat u de oplossing spint en de film gloeit met FIRA, volgens stap 2.2.5–2.2.8, met een pulstijd van 1,7 s.
  5. Voer materiaalkarakterisering uit zoals beschreven in de punten 2.3 en 3.7.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optimalisatie en synthese van MAPbI3films op FTO glas
Om de kwaliteit van de perovskietfilm te beoordelen, werden microscoopbeelden, röntgendiffractie en absorptiespectra genomen. De optimale pulstijd moet een compacte, uniforme en pinhole-vrije film met grote kristalkorrels opleveren. Figuur 3 toont optische beelden van MAPbI3-films bij pulstijden variërend van 0 s tot 7 s, terwijl figuur 4 de XRD-spectra toont van films gegloeid bij selectieve pulstijden. Deze pulstijden vertegenwoordigen de grenzen van de vier verschillende waargenomen perovskietfasen op basis van de verschillende uitgevoerde karakteriseringen. De fase-evolutie als functie van pulstijd en -temperatuur wordt weergegeven in figuur 5, en een vergelijking van de top-view SEM-beelden van films gevormd door zowel FIRA- als antisolvente methoden zijn te vinden in aanvullende informatie S1. XRD-patronen voor alle pulsen en bijbehorende absorptiespectra zijn te vinden in aanvullende informatie S2 en S3. Pulsen van 0 tot 1,6 s gaven naaldachtige kristallen of kleine kristallijne domeinen gescheiden door niet-kristallijne fasen, zoals blijkt uit de voorloperpieken bij 2θ = 6,59, 7,22 en 9,22°29. Voor pulsen van 1,8 tot 3,8 s werden goed gedefinieerde kristalkorrels gevormd en XRD-patronen toonden de vorming van de MAPbI3 tetragonale I4/mcm-fase. Dit wordt ook bevestigd door het absorptietoestel van 780 nm. Langere pulstijden leidden echter tot thermische degradatie van de perovskiet, met volledige degradatie voor pulsen >5 s, zoals blijkt uit de evolutie van de PbI2 piek bij 2θ = 12,7°. De geoptimaliseerde puls werd bepaald om 2 s te zijn, waardoor kristalkorrels van ~ 30 μm. Daarom maakt FIRA een uitgebreide studie mogelijk van de nucleatie- en kristallisatieprocessen op basis van temperatuur, zoals gecontroleerd door de pulstijd. De parameters kunnen ook worden gevarieerd en geoptimaliseerd voor verschillende dunne films, wat de veelzijdigheid van deze methode laat zien.

figure-results-1
Figuur 3: Optische beelden van MAPbI3 perovskietfilms op FTO-glas, gegloeid met pulsen variërend van 0 s tot 7 s. Alle foto's zijn gemaakt met een vergroting van 10x in de transmissiemodus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 4: XRD spectra van MAPbI3 films gegloeid bij selectieve pulstijden. Gelabelde vliegtuigen zijn representatief voor de tetragonale I4/mcm-fase. Sterretje pieken vertegenwoordigen diffracties van PbI2, terwijl de blauwe rechthoek die van de precursoroplossing vertegenwoordigt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 5: Temperatuurprofiel dat de evolutie van de perovskietfase weergeeft als functie van de pulslengte. De grens van de verschillende fasen is bepaald aan de hand van de overeenkomstige XRD-analyse, weergegeven in figuur 4. Aangepast vanaf15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

FCG perovskiet apparaten
Figuur 6A,B toont het temperatuurprofiel en XRD-patroon van de mescopisch-TiO2-laag gegloeid met een FIRA-cyclus van 10 pulsen, 15 s aan en 45 s uit. Met FIRA kunnen temperaturen van ~600 °C worden bereikt en kan de TiO2-laag in slechts 10 minuten worden gesynthetiseerd, veel korter dan de conventionele methode die sinteren gedurende 1 uur tot 3 uur vereist, met een piek van 450 °C. De resulterende film laat geen waarneembaar verschil zien met die gesinterd op een kookplaat. Als gevolg hiervan kon de hele perovskiet zonnecel in minder dan een uur worden verwerkt. De transversale SEM-afbeelding (figuur 6C) laat zien dat de daaropvolgende vervaardigde apparaten sterk lijken op die van traditionele methoden, met lagen van vergelijkbare dikte en morfologie. Bovendien vertoonden FIRA-verwerkte apparaten uitstekende prestaties (figuur 7), waarbij het kampioensapparaat PCE = 20,1%, FF = 75%, Voc = 1,1 V en Jsc = 24,4 mA/cm2liet zien , vergelijkbaar met apparaten die met de antisolvente methode zijn vervaardigd. Een apparaat met een groot oppervlak met een actief gebied van 1,4 cm2 gaf ook PCE van 17%, waaruit blijkt dat FIRA een veelbelovende alternatieve verwerkingsmethode is voor de vervaardiging van PSC's.

figure-results-4
Figuur 6: (A) Temperatuurprofiel van mesoporeuze TiO2 gloeien in FIRA, met een cyclus van 10 pulsen van 15 s aan en 45 s uit. (B) Röntgenpatronen voor TiO2-films gegloeid met een kookplaat en FIRA, en een leeg FTO-substraat als referentie. (C) Cross-sectionele SEM-beelden van perovskiet zonnecelarchitecturen, verwerkt door FIRA en antisolvent. Gereproduceerd met toestemming van18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 7: Stroomspanningscurve voor kampioen FCG-perovskietapparaten. (A) FIRA-gegloeide mesoporous-TiO2 en perovskietlagen. (B) Groot oppervlak (1,4 cm2) apparaat met FIRA-gegloeide mesoporous-TiO2 en perovskietlagen. Gereproduceerd met toestemming van18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

MAPbI3 films over ITO-PET

Figuur 8 toont optische beelden van MAPbI3-films gegloeid met pulsen variërend van 1 s tot 2 s. Bij kortere pulstijden is er onvolledige kristallisatie, terwijl bij pulstijden >1,7 s het PET-substraat begint te smelten (zie aanvullende figuur 4). Thermische afbraak van het perovskiet wordt ook waargenomen voor de 2 s puls. Bij de geoptimaliseerde pulstijd van 1,7 s werden dicht opeengepakte kristaldomeinen van ~15 μm waargenomen. Hoewel er kleine gaatjes van 1-2 μm zijn, is het duidelijk dat FIRA kan worden gebruikt om compacte en uniforme perovskietfilms op flexibele polymeren te vormen zonder het substraat te smelten, vanwege de snelle koeling van de behuizing, wat een aanzienlijk voordeel is in vergelijking met gloeien van kookplaat.

figure-results-6
Figuur 8: Optische beelden van MAPbI3-films gegloeid op verschillende pulstijden op ITO-PET. Alle beelden worden gemaakt in transmissiemodus en 10x vergroting, tenzij anders aangegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullende figuur 1: Top-view SEM vergelijking van FIRA en kookplaat gegloeide perovskiet films. (A) Bovenaanzicht van FIRA-gegloeide perovskietfilms gedurende vier gloeitijden, schaalbalk: 25 μm. (B) Bovenaanzicht van een referentiefilm gemaakt door de antisolvent-methode gevolgd door gloeien bij 100 °C gedurende 1 uur op een standaard kookplaat, schaalbalk: 1 μm. Aangepast vanaf1. Klik hier om dit cijfer te downloaden.

Aanvullende figuur 2: XRD spectra van MAPbI3 films op FTO glas, gegloeid met pulsen van (A) 0–1.4 s (B) 1.6–3 s (C) 3.2–4.6 s (D) 4.8–7 s. Klik hier om deze figuur te downloaden.

Aanvullende figuur 3: Absorptiespectra van MAPbI3-films op FTO-glas, gegloeid met pulsen van (A) 0,2–1,8 s (B) 2–3,6 s (C) 3,8–7 s. Klik hier om deze figuur te downloaden.

Aanvullende figuur 4: Fysieke verschijning van MAPbI3-films gegloeid op PET op verschillende pulslengtes. Klik hier om dit cijfer te downloaden.

Aanvullende figuur 5: Temperatuurprofiel en top-view SEM-afbeeldingen van het ongerepte papiersubstraat, ITO-elektrode en mesoporous-TiO2-laag verwerkt met FIRA. Klik hier om dit cijfer te downloaden.

Aanvullende figuur 6: Cross-sectionele SEM-afbeelding van perovskiet afgezet (via antisolvente methode) op een FIRA-gegloeide ITO/TiO2-stack op een papieren substraat. ITO np = ITO nanodeeltjes, pvk = perovskiet. Klik hier om dit cijfer te downloaden.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 9 toont het algemene proces van perovskietfilmgloeien met FIRA.

figure-discussion-1
Figuur 9: Schematische weergave van perovskietfilmverwerking met FIRA. De natte film wordt door middel van spincoating uit de oplossing afgezet en vervolgens overgebracht naar de FIRA-oven voor gloeien in ~ 2 s, waardoor de zwarte perovskiet stabiele fase krijgt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

In het stollingsproces van een dunne film uit de oplossing hangt de gewenste uiteindelijke vorm af van de toepassing: films in energieapparaten voor fotokatalyse, batterij-elektroden en zonnecellen kunnen verschillende morfologieënhebben 30,31,32,33. Daarom is het identificeren van de optimale parameters voor elk substraat en natte filminterface een cruciale stap in het te volgen protocol. Typisch, voor PSC's verwachten we glanzende en gladde films te hebben om defecten te minimaliseren en de fotofysische eigenschappen te verbeteren, zoals ladingstransport van vervoerders om null niet-stralingsrecombinatie34,35,36te geven. Voor dunne filmverwerking zijn de belangrijkste parameters pulstijd, het aantal pulsen en de bestralingstemperatuur, die een evenwicht vormen tussen het vormen van de gewenste morfologie terwijl ze zo snel en energie-efficiënt mogelijk zijn. Onvoldoende energie zou leiden tot onvolledige oplosmiddelverdamping of kristallisatie, terwijl overtollige energie zou leiden tot afbraak van het materiaal. Daarom is het cruciaal om de gloeiparameters systematisch te variëren en de resulterende filmkwaliteit te analyseren (zoals beschreven in de paragrafen 2.2, 2.3 en 3.7) om de optimale parameters voor elke dunne film/ substraatcombinatie te vinden. Zodra dit is voltooid, kunnen dunne films snel en betrouwbaar worden gesynthetiseerd. De methode is gebaseerd op de nauwkeurigheid, bijvoorbeeld, de minimale pulstijd is 20 ms, waardoor men de temperatuurverhouding voor kristalgroei fijn kan regelen. Bovendien kan men een breed venster hebben voor optimalisatie, geholpen door de gegevensverzameling van afbeeldingen en absorptiespectra voor optische en morfologische screening.

De FIRA-methode is nog in ontwikkeling en is, zoals de naam al aangeeft, momenteel gebaseerd op bestraling. De nieuwste versie van FIRA bevat echter UV-A-straling die wordt gegenereerd door een afzonderlijke metaalhalogenidelampbron. UV en IR kunnen worden gebruikt voor gecombineerd golflengte fotonisch gloeien en uitharden, wat extra functionaliteit biedt. Halfgeleideruitharding met FIRA is bijvoorbeeld een eenvoudige manier om de bevochtigbaarheid van substraten te verbeteren. Bovendien kan voor een meerlagige benadering van kristalgroei deze selectieve golflengtegloeiing worden aangepast afhankelijk van het materiaal en kan de puls worden gemoduleerd afhankelijk van de gewenste vorm16,32,37. De huidige onderzoeken omvatten het gloeien van een ITO-elektrode en een mesoscopisch-TiO2-laag op papier (de laatste met gemengde IR/UV-gloeiing, zie aanvullende figuur 5 in de aanvullende informatie). Zoals getoond in aanvullende figuur 6,kan een perovskietfilm met succes worden gedeponeerd op de FIRA-gegloeide ITO / TiO2-stack. Dit kan in de toekomst worden toegepast op een breed scala aan substraten en dunne films.

Tot nu toe is de FIRA-methode beperkt tot het gloeien van natte films die via oplossingsprocessen kunnen worden gedeponeerd. Het hangt af van het vermogen van de depositiemethode, en dit wordt geregeld door oplosmiddeltechniek en meerlagige groei op basis van oplossingen met naderende oplosmiddelpolariteiten. Optimalisatie is ook vereist voor elke dunne film, omdat dit een nieuwe methode is zonder veel eerder gerapporteerde protocollen in de literatuur, wat tijdrovend kan zijn. Bovendien, hoewel FIRA kan worden gebruikt voor flexibele substraten zoals PET en papier omdat er snel wordt afgekoeld uit de behuizing, moet een goed contact tussen het substraat en de ovenkamer worden gegarandeerd om smelten van het substraat te voorkomen. Dit kan moeilijk zijn omdat flexibele substraten gemakkelijk kunnen worden gebogen tijdens de verwerking, maar dit kan worden verbeterd door de substraten op een dunne glazen glijbaan te bevestigen om ervoor te zorgen dat ze volledig vlak zijn en om manipulatiegemak mogelijk te maken. Het is echter belangrijk op te merken dat de absorptie van de film zal veranderen naarmate het materiaal overgaat van niet-absorberend (nat NIR-transparant perovskietprecursormateriaal) naar droog (NIR-absorberend zwart perovskiet) en deze extra absorptie kan bijdragen aan de schade van het substraat38.

Ondanks deze beperkingen biedt FIRA nog steeds veel voordelen ten opzichte van de antisolvente methode. Ten eerste kunnen dunne films veel sneller worden gesynthetiseerd. De perovskiet wordt bijvoorbeeld gevormd in <2 s, terwijl de mesoporous-TiO2-laag in slechts 10 minuten wordt gevormd, veel korter dan de uren die nodig zijn in de conventionele methode. De eliminatie van het antisolvent en de kortere gloeitijden betekenen ook dat er veel lagere energetische en financiële kosten zijn. Uit de levenscyclusbeoordeling (figuur 10) van het perovskietsyntheseproces blijkt dat FIRA slechts 8% van de milieu-impact en 2% van de fabricagekosten van de antisolvente methode presenteert. Bovendien is het compatibel met flexibele en grote substraten. Een totale oppervlakte van 10 x 10 cm2 kan in één keer worden bestraald, en het is al aangetoond dat apparaten van 1,4 cm2 actief gebied en films van 100 cm2 op deze manier kunnen worden gesynthetiseerd. Ten slotte is het zeer reproduceerbaar, veelzijdig en aanpasbaar aan snelle doorvoerrol-naar-rolproductie, omdat de depositie- en gloeistappen continu op één plaats worden uitgevoerd in een gesynchroniseerd en soepel proces.

figure-discussion-2
Figuur 10: Een vergelijking van de relatieve kosten en milieueffecten van FIRA en anti-oplosmiddelmethoden bepaald door levenscyclusbeoordeling. GWP = Klimaatverandering [kg CO2 eq], POP = Fotochemische oxidatie [kg C2H4 eq], AP = Verzuring [kg SO2 eq], CED = Cumulatieve energievraag [MJ], HTC = Menselijke Toxiciteit, kankereffecten [CTUh], HTNC = Menselijke Toxiciteit, niet-kankereffecten [CTUh], ET = Zoetwater ecotoxiciteit [CTUe]. Gereproduceerd met toestemming van12. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De huidige onderzoeken naar FIRA zijn gericht op optimalisatie voor dunnefilmsynthese op flexibele substraten zoals papier en PET, evenals op de synthese van andere belangrijke componentlagen van PSC's zoals de SnO2 compacte laag, of koolstof- en ITO-elektroden. Bovendien is de volgende stap het fabriceren van goed presterende apparaten van >5 cm2. Daarom kan worden gezegd dat FIRA een stap betekent in de richting van een milieuvriendelijke en kostenefficiënte manier om grote commerciële PSC's te produceren.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het project (WASP) dat tot deze publicatie heeft geleid, heeft financiering ontvangen van het Horizon 2020 Research and Innovation Program van de Europese Unie in het kader van subsidieovereenkomst nr. 825213.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
4-tert-butylpyridineSigma Aldrich142379
Acetonitrile, anhydrousACROS OrganicsAC610220010
AcetylacetoneSigma AldrichP7754
Caesium iodideSigma Aldrich203033
Chlorobenzene, anhydrousACROS OrganicsAC396971000
Digital source meterMetrohmPGSTAT302N Autolab
DMF, anhydrousACROS OrganicsAC326871000
DMSO, anhydrousACROS OrganicsAC326881000
EthanolSigma Aldrich459844
FIRA SoftwareLabviewOntwikkeld in eigen beheer
FK209DyenamoDN-P04
Formamidinium iodideGreatCell SolarSKU MS150000
FTO glassNippon Sheet GlassNSG 10Sheet resistance = 11-13 ohms/sq
Guanidinium iodideSigma Aldrich806056
Cleaning SoapHellmanex III-
Hydrochloric acidSigma Aldrich320331
IsopropanolSigma Aldrich190764
ITO PETSigma Aldrich639303Sheet resistance = 60 ohms/sq
Lead iodideTCIL0279
Li-TFSISigma Aldrich544094
Mesoporous TiO2 paste, 3 nrdGreatCell SolarSKU MS002300
Methylammonium iodideGreatCell SolarSKU MS1010000
MicroscopeZeissAxio-Scope A1 Polarizing Microscope
Microscope lensZeissEC Epiplan-Apochromat
Microscope xenon light sourceOcean OpticsHPX-2000
Optical fibreOcean OpticsQP230-2-XSR230 μm core
Plasma cleanerJetlight Company Inc.UVO-Cleaner Model no. 256-220
Polymer-planarised paperArjowigginsPowercoat HD
Scanning electron microscopeZeissMerlin Microscope
Sintering hot plateHarry Gestigkeit GMBH-
Solar simulatorABET TechnologiesModel 11016 Sun 2000
SpectrometerOcean OpticsMaya2000 ProSpectral range: 300-1100 nm
Spiro-OMeTADSigma Aldrich792071
Tetrabutyl ammonium iodideGreatCell SolarSKU MS106000
Thermal evaporatorKurt J. Lesker-
titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)Sigma Aldrich325252
X-ray diffractometerPANanalyticalEmpyrean diffractometer (theta-theta, 240 mm)equipped with a PIXcel-1D detector, Bragg-Brentano beam optics and parallel beam optics
Zinc powderSigma Aldrich324930

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
  2. National Renewable Energy Laboratory. Best Research-Cell Efficiency Chart. National Renewable Energy Laboratory. , Available from: https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20200406.pdf (2020).
  3. Mujahid, M., Chen, C., Hu, W., Wang, Z. K., Duan, Y. Progress of high-throughput and low-cost flexible perovskite solar cells. Solar RRL. 4, 1900556(2020).
  4. Feng, J., et al. Record efficiency stable flexible perovskite solar cell using effective additive assistant strategy. Advanced Materials. 30 (35), 1-9 (2018).
  5. Cao, B., et al. Flexible quintuple cation perovskite solar cells with high efficiency. Journal of Materials Chemistry A. 7 (9), 4960-4970 (2019).
  6. Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nature Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).
  7. Park, N. G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
  8. Zhou, H., et al. Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells. Science. 345 (6196), 542-546 (2014).
  9. Jeon, N. J., et al. Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells. Nature. 517 (7535), 476-480 (2015).
  10. Troughton, J., et al. Photonic flash-annealing of lead halide perovskite solar cells in 1 Ms. Journal of Materials Chemistry A. 4 (9), 3471-3476 (2016).
  11. Troughton, J., et al. Rapid processing of perovskite solar cells in under 2.5 seconds. Journal of Materials Chemistry A. 3 (17), 9123-9127 (2015).
  12. Sánchez, S., et al. Flash infrared annealing as a cost-effective and low environmental impact processing method for planar perovskite solar cells. Materials Today. 31, 39-46 (2019).
  13. Park, N. G., Grätzel, M., Miyasaka, T., Zhu, K., Emery, K. Towards stable and commercially available perovskite solar cells. Nature Energy. 1 (11), 16152(2016).
  14. Song, Z., et al. A technoeconomic analysis of perovskite solar module manufacturing with low-cost materials and techniques. Energy & Environmental Science. 10 (6), 1297-1305 (2017).
  15. Sanchez, S., Hua, X., Phung, N., Steiner, U., Abate, A. Flash infrared annealing for antisolvent-free highly efficient perovskite solar cells. Advanced Energy Materials. 8, 1702915(2018).
  16. Sánchez, S., et al. Flash infrared pulse time control of perovskite crystal nucleation and growth from solution. Crystal Growth & Design. 20 (2), 670-679 (2020).
  17. Muscarella, L. A., et al. Crystal orientation and grain size: do they determine optoelectronic properties of MAPbI3 perovskite. The Journal of Physical Chemistry Letters. 10 (20), 6010-6018 (2019).
  18. Sánchez, S., Jerónimo-Rendon, J., Saliba, M., Hagfeldt, A. Highly efficient and rapid manufactured perovskite solar cells via flash infraRed annealing. Materials Today. , (2020).
  19. Watson, T., Mabbett, I., Wang, H., Peter, L., Worsley, D. Ultrafast near infrared sintering of TiO2 layers on metal substrates for dye-sensitized solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 19 (4), 482-486 (2011).
  20. Hooper, K., Carnie, M. J., Charbonneau, C., Watson, T. Near infrared radiation as a rapid heating technique for TiO2 films on glass mounted dye-sensitized solar cells. International Journal of Photoenergy. , 953623(2014).
  21. Carnie, M. J., et al. Ultra-fast sintered TiO2 films in dye-sensitized solar cells: phase variation, electron transport and recombination. Journal of Materials Chemistry A. 1 (6), 2225-2230 (2013).
  22. Baker, J., et al. High throughput fabrication of mesoporous carbon perovskite solar cells. Journal of Materials Chemistry A. 5 (35), 18643-18650 (2017).
  23. Berhe, T. A., et al. Organometal halide perovskite solar cells: degradation and stability. Energy & Environmental Sciences. 9 (2), 323-356 (2016).
  24. Jung, H. S., Park, N. G. Perovskite solar cells: from materials to devices. Small. 11 (1), 10-25 (2015).
  25. Burschka, J., et al. Sequential Deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).
  26. Xiao, M., et al. A fast deposition-crystallization procedure for highly efficient lead Iodide perovskite thin-film solar cells. Angewandte Chemie International Edition. 53 (37), 9898-9903 (2014).
  27. Adnan, M., Lee, J. K. All sequential dip-coating processed perovskite layers from an aqueous lead precursor for high efficiency perovskite solar cells. Scientific Reports. 8 (1), 2168(2018).
  28. Santa-Nokki, H., Kallioinen, J., Kololuoma, T., Tuboltsev, V., Korppi-Tommola, J. Dynamic preparation of TiO2 films for fabrication of dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 182 (2), 187-191 (2006).
  29. Sanchez, S., Steiner, U., Hua, X. Phase evolution during perovskite formation-insight from pair distribution function analysis. Chemistry of Materials. 31 (9), 3498-3506 (2019).
  30. Virkar, A. A., Mannsfeld, S., Bao, Z., Stingelin, N. Organic semiconductor growth and morphology considerations for organic thin-film transistors. Advanced Materials. 22 (34), 3857-3875 (2010).
  31. Hoppe, H., Sariciftci, N. S. Morphology of polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells. Journal of Materials Chemistry. 16 (1), 45-61 (2006).
  32. Paquin, F., Rivnay, J., Salleo, A., Stingelin, N., Silva, C. Multi-phase semicrystalline microstructures drive exciton dissociation in neat plastic semiconductors. Journal of Materials Chemistry C. 3 (41), 10715-10722 (2015).
  33. Diao, Y., Shaw, L., Bao, Z., Mannsfeld, S. C. B. Morphology control strategies for solution-processed organic semiconductor thin films. Energy & Environmental Sciences. 7 (7), 2145-2159 (2014).
  34. Slotcavage, D. J., Karunadasa, H. I., McGehee, M. D. Light-induced phase segregation in halide-perovskite absorbers. ACS Energy Letters. 1 (6), 1199-1205 (2016).
  35. Jiang, Q., et al. Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells. Nature Photonics. 13 (7), 460-466 (2019).
  36. Yang, W. S., et al. Iodide Management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers for efficient solar cells. Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).
  37. Almadhoun, M. N., Khan, M. A., Rajab, K., Park, J. H., Buriak, J. M., Alshareef, H. N. UV-Induced ferroelectric phase transformation in PVDF thin films. Advanced Electronic Materials. 5 (1), 1800363(2019).
  38. Hooper, K., Smith, B., Baker, J., Greenwood, P., Watson, T. Spray PEDOT:PSS coated perovskite with a transparent conducting electrode for low cost scalable photovoltaic devices. Materials Research Innovations. 19 (7), 482-487 (2015).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Perovskietzonnecellenantisolventvrije verwerkingsnelle thermische uitgloeitreatmentnabij infrarood halogeenlampenPID modusbesturingmesoporeus titaandioxider ntgendiffractieanalysescanningelektronenmicroscopieenergieconversie effici ntie

Gerelateerde artikelen