Name: Błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-02-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 15 s
Description: Poznaj metodę błyskawicznego wyżarzania w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych. Technika FIRA zapewnia szybkie wyżarzanie, ekologiczność i powtarzalność procesu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Projekt (WASP) prowadzący do tej publikacji, otrzymał dofinansowanie z Programu Badań i Innowacji Unii Europejskiej Horyzont 2020 na podstawie umowy o grant nr 825213.

1. Obsługa piekarnika FIRA
UWAGA: Schemat pieca FIRA, opracowanego wewnętrznie, przedstawiono na Rysunku 1A. Piec FIRA składa się z układu sześciu lamp halogenowych bliskiej podczerwieni (szczyt emisji przy długości fali 1 073 nm) o mocy oświetlenia 3 000 kW/m2 i całkowitej mocy wyjściowej 9 600 kW. Wydrążona aluminiowa obudowa stanowi efektywny system chłodzenia wodnego, co z kolei pozwala na szybkie rozpraszanie energii termicznej (w ciągu kilku sekund). Urządzenie jest umieszczone w rękawicy azotowej, a N2 jest stale wprowadzany do komory przez wlot gazowy w celu utrzymania atmosfery obojętnej, z wyjątkiem czasu wyżarzania. Podczas wyżarzania cienkich warstw tlenków metali można również wprowadzać O2, aby wspomóc proces utleniania.
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig01.jpg" /> 
Rysunek 1: (A) Schemat przedstawiający przekrój poprzeczny pieca FIRA. Komora pieca jest stale chłodzona wodą przepływającą przez obudowę i utrzymywana w atmosferze N2. (B) Zdjęcie pieca FIRA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rycina 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig02.jpg" /> 
Rycina 2: Interfejs oprogramowania FIRA.&#160;Panel po lewej stronie przedstawia profil temperatury, który wyświetla wartość zadaną (program wejściowy), temperaturę pieca oraz temperaturę pirometryczną (powierzchnia podłoża). Pożądany program wyżarzania wprowadza się w tabeli po prawej stronie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig02large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<ol>
	<li>Programowanie cykli wyżarzania
	<ol>
		<li>Podłącz piec FIRA do komputera, z którego można nim sterować poprzez interfejs użytkownika (Rycina 2) w dedykowanym oprogramowaniu. W zależności od eksperymentu wybierz tryb pełnej mocy (full-power mode) lub tryb PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujący). W trybie pełnej mocy lampy IR są całkowicie włączone lub wyłączone, natomiast w trybie PID piec jest utrzymywany w określonej temperaturze przez określony czas poprzez modulację intensywności.</li>
		<li>Upewnij się, że na przełączniku Table/Manual wybrana jest opcja Table i wprowadź bazę czasu dłuższą niż całkowity czas trwania procesów wyżarzania i chłodzenia.</li>
		<li>Tryb pełnej mocy: Wprowadź czasy, w których lampy powinny być włączone lub wyłączone, w tabeli po prawej stronie interfejsu. W ten sposób można zaprogramować zarówno pojedyncze impulsy, jak i cykle wyżarzania, co pozwala na kontrolę długości i częstotliwości impulsów. Jest to odpowiednie dla warstw, które można szybko wyżarzyć, lub dla podłoży, które nie tolerują przedłużonego nagrzewania (np. ~1,5–2 s dla warstw perowskitowych).</li>
		<li>Tryb PID: Wprowadź w tabeli czas i temperaturę, przy której piec ma być naświetlany. Podobnie jak w przypadku tradycyjnej płyty grzejnej, można modulować intensywność źródła ciepła. Jest to odpowiednie dla warstw, które zazwyczaj wymagają dłuższego czasu wyżarzania (np. 15 min w 100 °C dla TBAI).</li>
		<li>Akwizycja danych: Pobierz profil temperatury wyświetlany po lewej stronie interfejsu jako plik .txt lub arkusz kalkulacyjny, klikając prawym przyciskiem myszy na profil, a następnie wybierając Export File. 
		UWAGA: Oprogramowanie służy zarówno do akwizycji danych, jak i sterowania systemem, gdzie głównymi pozyskanymi danymi surowymi są profil temperatury. Na profilu temperatury (Rycina 2) zaprogramowany program jest reprezentowany przez „set point”. Temperatura pieca (mierzona termoparą typu K) oraz temperatura podłoża (szacowana przez pyrometr) są wyświetlane w czasie rzeczywistym, co daje wgląd w warunki krystalizacji cienkiej warstwy. Należy pamiętać, że temperatura pieca nie skaluje się bezpośrednio z temperaturami tradycyjnej płyty grzejnej, ponieważ termopara jest również bezpośrednio wystawiona na promieniowanie IR. Służy ona raczej jako punkt odniesienia do porównania różnych parametrów wyżarzania FIRA.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ogólny proces wyżarzania
	<ol>
		<li>Nanieś prekursor za pomocą odpowiedniego procesu roztworowego: spin-coating26, dip-coating27 lub doctor-blading28.</li>
		<li>Przenieś podłoża do komory pieca FIRA i zamknij pokrywę pieca. Upewnij się, że przepływ azotu do komory jest wyłączony poprzez zamknięcie zaworu wlotowego gazu.</li>
		<li>Uruchom i zatrzymaj wyżarzanie, klikając START table i STOP table w komputerze. Alternatywnie można podłączyć piec FIRA do pedału sterującego, który również może służyć do uruchamiania i zatrzymywania programu. Dzięki temu wyżarzanie może być przeprowadzane bez wyjmowania rąk z rukawic boxa, co pozwala na znacznie sprawniejszy i zsynchronizowany proces.</li>
		<li>Gdy temperatura pieca osiągnie temperaturę pokojową, wyjmij podłoża z komory pieca.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Synteza i optymalizacja filmu perowskitowego MAPbI3 na szkle FTO
<ol>
	<li>Przygotowanie roztworu perowskitu
	<ol>
		<li>Rozpuścić jodek metyloamoniu w bezwodnym DMF:DMSO 2:1 v/v w celu otrzymania roztworu 1,9 M.</li>
		<li>Do roztworu dodać ekimolarną ilość PbI2 i rozcieńczyć bezwodnym DMF:DMSO 2:1 v/v, aby otrzymać 1,4 M roztwór prekursora jodku ołowiu(II) z metyloamoniem. Podgrzewać w temperaturze 80 °C do całkowitego rozpuszczenia, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej. 
		UWAGA: Roztwór jest przygotowywany i przechowywany w rękawicy argonowej. Na tym etapie protokół można przerwać.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza filmu perowskitowego
	<ol>
		<li>Użyć szklanych podłoży powlekanych FTO o wymiarach 1,7 cm x 2,5 cm.</li>
		<li>Oczyścić podłoża poprzez sukcesywną sonikację w mydle czyszczącym (2 vol % w dejonizowanej H2O), acetonie i etanolu przez 15 min każdy, a następnie osuszyć sprężonym powietrzem.</li>
		<li>Poddać podłoża działaniu UV/ozonu w oczyszczaczu plazmowym przez 15 min.</li>
		<li>Wprowadzić wybrany program wygrzewania zgodnie z sekcją 1.1.</li>
		<li>Przedmuchać powierzchnię podłoża pistoletem azotowym, aby usunąć kurz i inne zanieczyszczenia.</li>
		<li>Nanieść metodą spin-coatingu 50 µL prekursora perowskitu przy 4 000 rpm przez 10 s, z przyspieszeniem 2000 rpm·s-1.</li>
		<li>Bezpośrednio po naniesieniu przenieść podłoże do pieca FIRA w celu wygrzewania przy wybranych czasach impulsu (tutaj zastosowano 0–7 s, zoptymalizowany impuls wynosi 2 s). Uruchomić wprowadzony program wygrzewania, naciskając START w oprogramowaniu lub naciskając pedał nożny. Należy zaobserwować zmianę koloru z żółtego na czarny, co wskazuje na utworzenie trójwymiarowej struktury perowskitu.</li>
		<li>Wyjąć podłoże, gdy temperatura w piecu osiągnie 25 °C.</li>
		<li>Przechowywać wygrzewane filmy w skrzynce z suchym powietrzem. 
		UWAGA: Piec FIRA oraz urządzenie do spin-coatingu znajdują się w tej samej rękawicy azotowej, dzięki czemu nanoszenie roztworu i wygrzewanie mogą być przeprowadzane sprawnie i w atmosferze obojętnej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Charakterystyka materiału
	<ol>
		<li>Wykonać obrazy optyczne przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego wyposażonego w ksenonowe źródło światła i obiektywy z korekcją nieskończoną o powiększeniach 10x i 50x.</li>
		<li>Rejestrować widma absorbancji jednocześnie za pomocą światłowodu zintegrowanego z układem mikroskopu i podłączonego do spektrometru (zakres widmowy 300–1 100 nm). 
		UWAGA: Powyższa charakterystyka może być wykonana bezpośrednio po wygrzewaniu, co pozwala na szybką ocenę jakości filmu. Pomiary są wykonywane w powietrzu otoczenia i temperaturze pokojowej. Następnie można przeprowadzić bardziej szczegółową charakterystykę, taką jak skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i dyfrakcja rentgenowska (patrz sekcja 3.7).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przetwarzanie perowskitowych ogniw słonecznych FCG
<ol>
	<li>Przygotowanie i czyszczenie podłoża
	<ol>
		<li>Wytrawić jedną stronę szklanych podłoży FTO za pomocą proszku Zn i 4 M HCl.</li>
		<li>Wyczyścić podłoża poprzez następczą sonikację w mydle czyszczącym (2 vol % w dejonizowanej H2O) przez 30 min oraz w izopropanolu przez 15 min, a następnie osuszyć sprężonym powietrzem.</li>
		<li>Poddać działaniu UV/ozonu w czyszczarce plazmowej przez 5 min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kompaktowa warstwa TiO2
	<ol>
		<li>Nagrzać szklane podłoża FTO do 450 °C na płycie grzewczej do spiekania i utrzymać tę temperaturę przez 15 min przed nanoszeniem roztworu.</li>
		<li>Rozcieńczyć 0,6 mL bis(acetyloacetonianu) diizopropyleksu tytanu i 0,4 mL acetyloacetonu w 9 mL EtOH, aby otrzymać roztwór prekursora.</li>
		<li>Nanieść roztwór metodą pirolizy natryskowej z tlenem jako gazem nośnym (0,5 bar) pod kątem 45° i w odległości ~20 cm. Zachować 20 s odstępu między każdym cyklem natrysku.</li>
		<li>Pozostawić podłoża w temperaturze 450 °C przez kolejne 5 min, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej. W ten sposób powstanie kompaktowa warstwa TiO2 o grubości ~30 nm. 
		UWAGA: W tym miejscu można przerwać procedurę. Jeśli następny krok nie zostanie wykonany natychmiast, należy ponownie spiekać podłoże w temperaturze 450 °C przez 30 min przed nanoszeniem mezoporowatej warstwy TiO2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Mezoporowata warstwa TiO2
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór prekursora, rozcieńczając pastę TiO2 (wielkość cząsteczek 30 nm) w EtOH do stężenia 75 mg/mL. Mieszać roztwór za pomocą mieszadła magnetycznego aż do całkowitego rozpuszczenia.</li>
		<li>Nanieść 50 µL roztworu metodą spin-coatingu przy 4000 rpm przez 10 s, z rampą 2000 rpm·s-1.</li>
		<li>Zaprogramować w oprogramowaniu cykl wygrzewania składający się z 10 impulsów: 15 s włączenia i 45 s przerwy.</li>
		<li>Umieścić podłoża w piecu FIRA i wygrzewać w trybie pełnej mocy zgodnie z powyższym cyklem, naciskając Start Table lub naciskając pedał nożny. Pozwala to uzyskać warstwę o grubości 150–200 nm.</li>
		<li>Wyjąć próbki, gdy temperatura pieca spadnie do 25 °C. 
		UWAGA: Przed rozpoczęciem wygrzewania należy upewnić się, że piec jest w temperaturze pokojowej lub niższej. Przy powyższym cyklu temperatura pieca podczas wygrzewania osiąga ~600 °C.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Warstwa perowskitu
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór jodku formamidyniowego (1,12 M), PbI2 (1,4 M), CsI (0,21 M) i GAI (0,07 M) w bezwodnym DMF:DMSO w stosunku 2:1 v/v.</li>
		<li>Nanieść 40 µL roztworu metodą spin-coatingu przy 4000 rpm przez 10 s.</li>
		<li>Zaprogramować w oprogramowaniu krok wygrzewania trwający 1,6 s w trybie pełnej mocy (pozwala to osiągnąć ~90 °C).</li>
		<li>Przenieść podłoże do pieca FIRA i rozpocząć wygrzewanie, naciskając Start Table lub naciskając pedał nożny. Powierzchnia powinna zmienić kolor z żółtego na czarny.</li>
		<li>Pozostawić próbki w piecu przez dodatkowe 10 s w celu schłodzenia przed wyjęciem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obróbka końcowa jodkiem tetrabutyloamoniowym (TBAI) (opcjonalnie)
	<ol>
		<li>Rozpuścić 3 mg jodku tetrabutyloamoniowego w 1 mL izopropanolu.</li>
		<li>Nanieść roztwór metodą spin-coatingu przy 4000 rpm przez 20 s.</li>
		<li>Zaprogramować krok wygrzewania w temperaturze 100 °C przez 15 min w trybie PID.</li>
		<li>Przenieść podłoże do pieca FIRA i wygrzewać zgodnie z powyższym programem. Schłodzić do 25 °C przed następnym krokiem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Materiał transportujący dziury i elektroda górna
	<ol>
		<li>Rozpuścić spiro-OMeTAD w chlorobenzenie (70 mM) i dodać 4-tert-butylpirydynę (TBP), bis(trifluorometanosulfonylo)imid litu (Li-TFSI, 1,8 M w acetonitrylu) oraz tris(2-(1H-pirazol-1-yl)-4-tert-butylpirydyny)-kobalt(III) tris(bis(trifluorometanosulfonylo)imid) (FK209, 0,25 M w acetonitrylu) w taki sposób, aby stosunek molowy dodatków do spiro-OMeTAD wynosił odpowiednio 3,3 dla TBP, 0,5 dla Li-TFSI i 0,03 dla FK209.</li>
		<li>Nanieść 50 µL roztworu przy 4000 rpm przez 20 s metodą dynamicznego spin-coatingu, dodając roztwór 3 s po rozpoczęciu programu.</li>
		<li>Pozostawić do utlenienia przez noc w suchej komorze z powietrzem.</li>
		<li>Nanieść 80 nm złota metodą odparowania termicznego w próżni. Użyć maski cieniowej do uformowania elektrod.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Testowanie urządzenia fotowoltaicznego i charakterystyka materiału
	<ol>
		<li>Wykonać pomiary fotowoltaiczne przy użyciu symulatora słonecznego wyposażonego w lampę łukową ksenonową i cyfrowy miernik źródłowy. Określić powierzchnię aktywną urządzenia za pomocą czarnej, nierefleksyjnej maski metalowej (tutaj użyto 0,1024 cm2). Zmierzyć krzywe prądowo-napięciowe przy polaryzacji wstecznej i przedniej z prędkością skanowania 10 mV/s przy naświetlaniu AM 1.5 G.</li>
		<li>Wyonać pomiary dyfrakcji rentgenowskiej za pomocą dyfraktometru w trybie reflection-spin, używając promieniowania Cu Kα i filtra Ni β.</li>
		<li>Wykonać obrazy za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego przy napięciu przyspieszającym 3 kV.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Filmy MAPbI3 na podłożu ITO-PET
<ol>
	<li>Potnij podłoża ITO-PET oraz szkiełka przedmiotowe do rozmiarów 1,7 cm x 2,5 cm.</li>
	<li>Oczyść szkiełka przedmiotowe i ITO-PET zgodnie z krokami 2.2.2–2.2.3.</li>
	<li>Przymocuj podłoża ITO do szkiełek przedmiotowych za pomocą dwustronnej taśmy, dbając o to, aby przylegały jak najpłaskiej.</li>
	<li>Przygotuj prekursor MAPbI3 zgodnie z opisem w sekcji 2.1. Przed naniesieniem roztworu metodą spin-coatingu i wygrzewaniem filmu za pomocą FIRA, zgodnie z krokami 2.2.5–2.2.8 przy czasie impulsu 1,7 s, przedmuchaj powierzchnię podłoża pistoletem z N2.</li>
	<li>Przeprowadź charakterystykę materiałową zgodnie z opisem w sekcjach 2.3 i 3.7.</li>
</ol>

<ol><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li>
<li>National Renewable Energy Laboratory. Best Research-Cell Efficiency Chart. National Renewable Energy Laboratory. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20200406.pdf">https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20200406.pdf</a> (2020).</li>
<li>Mujahid, M., Chen, C., Hu, W., Wang, Z. K., Duan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+of+high-throughput+and+low-cost+flexible+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+RRL%22%5BJournal%5D)">Progress of high-throughput and low-cost flexible perovskite solar cells.</a> Solar RRL. 4, 1900556(2020).</li>
<li>Feng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Record+efficiency+stable+flexible+perovskite+solar+cell+using+effective+additive+assistant+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Record efficiency stable flexible perovskite solar cell using effective additive assistant strategy.</a> Advanced Materials. 30 (35), 1-9 (2018).</li>
<li>Cao, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+quintuple+cation+perovskite+solar+cells+with+high+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Flexible quintuple cation perovskite solar cells with high efficiency.</a> Journal of Materials Chemistry A. 7 (9), 4960-4970 (2019).</li>
<li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emergence+of+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nature Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li>
<li>Park, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perovskite+solar+cells%3A+an+emerging+photovoltaic+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology.</a> Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).</li>
<li>Zhou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interface+engineering+of+highly+efficient+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells.</a> Science. 345 (6196), 542-546 (2014).</li>
<li>Jeon, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. 517 (7535), 476-480 (2015).</li>
<li>Troughton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+flash-annealing+of+lead+halide+perovskite+solar+cells+in+1+Ms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Photonic flash-annealing of lead halide perovskite solar cells in 1 Ms.</a> Journal of Materials Chemistry A. 4 (9), 3471-3476 (2016).</li>
<li>Troughton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+processing+of+perovskite+solar+cells+in+under+2.5+seconds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Rapid processing of perovskite solar cells in under 2.5 seconds.</a> Journal of Materials Chemistry A. 3 (17), 9123-9127 (2015).</li>
<li>Sánchez, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flash+infrared+annealing+as+a+cost-effective+and+low+environmental+impact+processing+method+for+planar+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Flash infrared annealing as a cost-effective and low environmental impact processing method for planar perovskite solar cells.</a> Materials Today. 31, 39-46 (2019).</li>
<li>Park, N. G., Grätzel, M., Miyasaka, T., Zhu, K., Emery, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+stable+and+commercially+available+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Towards stable and commercially available perovskite solar cells.</a> Nature Energy. 1 (11), 16152(2016).</li>
<li>Song, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technoeconomic+analysis+of+perovskite+solar+module+manufacturing+with+low-cost+materials+and+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">A technoeconomic analysis of perovskite solar module manufacturing with low-cost materials and techniques.</a> Energy & Environmental Science. 10 (6), 1297-1305 (2017).</li>
<li>Sanchez, S., Hua, X., Phung, N., Steiner, U., Abate, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flash+infrared+annealing+for+antisolvent-free+highly+efficient+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Flash infrared annealing for antisolvent-free highly efficient perovskite solar cells.</a> Advanced Energy Materials. 8, 1702915(2018).</li>
<li>Sánchez, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flash+infrared+pulse+time+control+of+perovskite+crystal+nucleation+and+growth+from+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Crystal+Growth+%26+Design%22%5BJournal%5D)">Flash infrared pulse time control of perovskite crystal nucleation and growth from solution.</a> Crystal Growth & Design. 20 (2), 670-679 (2020).</li>
<li>Muscarella, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+orientation+and+grain+size%3A+do+they+determine+optoelectronic+properties+of+MAPbI3+perovskite%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Crystal orientation and grain size: do they determine optoelectronic properties of MAPbI3 perovskite.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 10 (20), 6010-6018 (2019).</li>
<li>Sánchez, S., Jerónimo-Rendon, J., Saliba, M., Hagfeldt, A. Highly efficient and rapid manufactured perovskite solar cells via flash infraRed annealing. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aS%C3%A1nchez%2C+S+%22Materials+Today%22">Materials Today</a>. , (2020).</li>
<li>Watson, T., Mabbett, I., Wang, H., Peter, L., Worsley, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+near+infrared+sintering+of+TiO2+layers+on+metal+substrates+for+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Photovoltaics%3A+Research+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Ultrafast near infrared sintering of TiO2 layers on metal substrates for dye-sensitized solar cells.</a> Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 19 (4), 482-486 (2011).</li>
<li>Hooper, K., Carnie, M. J., Charbonneau, C., Watson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+infrared+radiation+as+a+rapid+heating+technique+for+TiO2+films+on+glass+mounted+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Near infrared radiation as a rapid heating technique for TiO2 films on glass mounted dye-sensitized solar cells.</a> International Journal of Photoenergy. , 953623(2014).</li>
<li>Carnie, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-fast+sintered+TiO2+films+in+dye-sensitized+solar+cells%3A+phase+variation%2C+electron+transport+and+recombination%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Ultra-fast sintered TiO2 films in dye-sensitized solar cells: phase variation, electron transport and recombination.</a> Journal of Materials Chemistry A. 1 (6), 2225-2230 (2013).</li>
<li>Baker, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+fabrication+of+mesoporous+carbon+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">High throughput fabrication of mesoporous carbon perovskite solar cells.</a> Journal of Materials Chemistry A. 5 (35), 18643-18650 (2017).</li>
<li>Berhe, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskite+solar+cells%3A+degradation+and+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Sciences%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskite solar cells: degradation and stability.</a> Energy & Environmental Sciences. 9 (2), 323-356 (2016).</li>
<li>Jung, H. S., Park, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perovskite+solar+cells%3A+from+materials+to+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Perovskite solar cells: from materials to devices.</a> Small. 11 (1), 10-25 (2015).</li>
<li>Burschka, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+Deposition+as+a+route+to+high-performance+perovskite-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sequential Deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells.</a> Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).</li>
<li>Xiao, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+deposition-crystallization+procedure+for+highly+efficient+lead+Iodide+perovskite+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">A fast deposition-crystallization procedure for highly efficient lead Iodide perovskite thin-film solar cells.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (37), 9898-9903 (2014).</li>
<li>Adnan, M., Lee, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All+sequential+dip-coating+processed+perovskite+layers+from+an+aqueous+lead+precursor+for+high+efficiency+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">All sequential dip-coating processed perovskite layers from an aqueous lead precursor for high efficiency perovskite solar cells.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2168(2018).</li>
<li>Santa-Nokki, H., Kallioinen, J., Kololuoma, T., Tuboltsev, V., Korppi-Tommola, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+preparation+of+TiO2+films+for+fabrication+of+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Photochemistry+and+Photobiology+A%3A+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Dynamic preparation of TiO2 films for fabrication of dye-sensitized solar cells.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 182 (2), 187-191 (2006).</li>
<li>Sanchez, S., Steiner, U., Hua, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+evolution+during+perovskite+formation-insight+from+pair+distribution+function+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Phase evolution during perovskite formation-insight from pair distribution function analysis.</a> Chemistry of Materials. 31 (9), 3498-3506 (2019).</li>
<li>Virkar, A. A., Mannsfeld, S., Bao, Z., Stingelin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+semiconductor+growth+and+morphology+considerations+for+organic+thin-film+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Organic semiconductor growth and morphology considerations for organic thin-film transistors.</a> Advanced Materials. 22 (34), 3857-3875 (2010).</li>
<li>Hoppe, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphology+of+polymer%2Ffullerene+bulk+heterojunction+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Morphology of polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells.</a> Journal of Materials Chemistry. 16 (1), 45-61 (2006).</li>
<li>Paquin, F., Rivnay, J., Salleo, A., Stingelin, N., Silva, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-phase+semicrystalline+microstructures+drive+exciton+dissociation+in+neat+plastic+semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Multi-phase semicrystalline microstructures drive exciton dissociation in neat plastic semiconductors.</a> Journal of Materials Chemistry C. 3 (41), 10715-10722 (2015).</li>
<li>Diao, Y., Shaw, L., Bao, Z., Mannsfeld, S. C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphology+control+strategies+for+solution-processed+organic+semiconductor+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Sciences%22%5BJournal%5D)">Morphology control strategies for solution-processed organic semiconductor thin films.</a> Energy & Environmental Sciences. 7 (7), 2145-2159 (2014).</li>
<li>Slotcavage, D. J., Karunadasa, H. I., McGehee, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-induced+phase+segregation+in+halide-perovskite+absorbers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Energy+Letters%22%5BJournal%5D)">Light-induced phase segregation in halide-perovskite absorbers.</a> ACS Energy Letters. 1 (6), 1199-1205 (2016).</li>
<li>Jiang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+passivation+of+perovskite+film+for+efficient+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells.</a> Nature Photonics. 13 (7), 460-466 (2019).</li>
<li>Yang, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iodide+Management+in+formamidinium-lead-halide-based+perovskite+layers+for+efficient+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Iodide Management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers for efficient solar cells.</a> Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).</li>
<li>Almadhoun, M. N., Khan, M. A., Rajab, K., Park, J. H., Buriak, J. M., Alshareef, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UV-Induced+ferroelectric+phase+transformation+in+PVDF+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">UV-Induced ferroelectric phase transformation in PVDF thin films.</a> Advanced Electronic Materials. 5 (1), 1800363(2019).</li>
<li>Hooper, K., Smith, B., Baker, J., Greenwood, P., Watson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spray+PEDOT%3APSS+coated+perovskite+with+a+transparent+conducting+electrode+for+low+cost+scalable+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Innovations%22%5BJournal%5D)">Spray PEDOT:PSS coated perovskite with a transparent conducting electrode for low cost scalable photovoltaic devices.</a> Materials Research Innovations. 19 (7), 482-487 (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Rysunek 9 przedstawia ogólny proces wyżarzania filmu perowskitowego za pomocą FIRA.
<img alt="Rysunek 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig09.jpg" /> 
Rysunek 9: Schematyczny przedstawienie procesu przetwarzania filmu perowskitowego za pomocą FIRA.&#160;Mokra warstwa jest nanoszona z roztworu metodą spin-coatingu, a następnie przenoszona do pieca FIRA w celu wyżarzania przez ~2 s, co prowadzi do powstania czarnej stabilnej fazy perowskitu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig09large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
W procesie krzepnięcia cienkiej warstwy z roztworu pożądany kształt końcowy zależy od zastosowania: warstwy w urządzeniach energetycznych do fotokatalezy, elektrody baterii i ogniwa słoneczne mogą mieć różne morfologie30,31,32,33. Dlatego zidentyfikowanie optymalnych parametrów dla każdego interfejsu podłoża i mokrej warstwy jest krytycznym krokiem w procedurze. Zazwyczaj w przypadku PSC dążymy do uzyskania błyszczących i gładkich warstw, aby zminimalizować defekty i poprawić właściwości fotofizyczne, takie jak transport ładunków nośników, w celu wyeliminowania rekombinacji nieradiacyjnej34,35,36. W przetwarzaniu cienkich warstw głównymi parametrami są czas impulsu, liczba impulsów i temperatura naświetlania, które stanowią kompromis między formowaniem pożądanej morfologii a szybkością i efektywnością energetyczną procesu. Niewystarczająca energia prowadziłaby do niepełnego odparowania rozpuszczalnika lub krystalizacji, natomiast nadmiar energii spowodowałby degradację materiału. Dlatego kluczowe jest systematyczne zmienianie parametrów wygrzewania i analiza jakości otrzymanej warstwy (jak szczegółowo opisano w sekcjach 2.2, 2.3 i 3.7), aby znaleźć optymalne parametry dla każdej kombinacji cienkiej warstwy i podłoża. Po zakończeniu tego procesu cienkie warstwy mogą być syntetyzowane szybko i niezawodnie. Metoda ta opiera się na swojej precyzji, na przykład minimalny czas impulsu wynosi 20 ms, co pozwala na dokładną kontrolę stosunku temperatur dla wzrostu kryształów. Ponadto dostępny jest szeroki zakres optymalizacji, wspierany przez gromadzenie danych w postaci obrazów i widm absorpcyjnych do analizy optycznej i morfologicznej.
Metoda FIRA jest wciąż w fazie rozwoju i, jak wynika z nazwy, opiera się obecnie na napromieniowaniu IR. Najnowsza wersja FIRA obejmuje jednak promieniowanie UV-A generowane przez oddzielne źródło w postaci lampy metalohalogenowej. Promieniowanie UV i IR może być wykorzystywane do kombinowanego fotowyżarzania i utwardzania o różnych długościach fal, co zapewnia dodatkową funkcjonalność. Na przykład utwardzanie półprzewodników za pomocą FIRA jest prostym sposobem na poprawę zwilżalności podłoży. Ponadto w przypadku podejścia wielowarstwowego w hodowli kryształów, to selektywne wyżarzanie długością fali może być dostosowane do materiału, a impuls może być modulowany w zależności od pożądanego kształtu16,32,37. Obecne badania obejmują wyżarzanie elektrody ITO oraz mezoskopowej warstwy TiO2 na papierze (ta druga z wykorzystaniem mieszanego wyżarzania IR/UV, patrz Rysunek dodatkowy 5 w informacjach uzupełniających). Jak pokazano na Rysunku dodatkowym 6, warstwa perowskitu może zostać z powodzeniem naniesiona na stos ITO/TiO2 poddany wyżarzaniu metodą FIRA. W przyszłości metoda ta może zostać zastosowana do szerokiego zakresu podłoży i cienkich warstw.
Do tej pory metoda FIRA ograniczała się do wygrzewania mokrych warstw, które można osadzać za pomocą procesów roztworowych. Zależy ona od możliwości metody osadzania, co z kolei jest determinowane przez inżynierię rozpuszczalników oraz wzrost wielowarstwowy oparty na roztworach o zbliżonych polarnościach rozpuszczalników. Optymalizacja jest również wymagana dla każdej cienkiej warstwy, ponieważ jest to nowatorska metoda z niewielką liczbą wcześniej opisanych w literaturze protokołów, co może być czasochłonne. Ponadto, mimo że FIRA może być stosowana do podłoży elastycznych, takich jak PET i papier, ze względu na szybkie chłodzenie przez obudowę, należy zapewnić dobry kontakt między podłożem a komorą pieca, aby uniknąć stopienia podłoża. Może to być trudne, ponieważ podłoża elastyczne łatwo wyginają się podczas przetwarzania, ale można to poprawić, mocując podłoża do cienkiej szkiełka przedmiotowego, aby zapewnić ich całkowitą płaskość i ułatwić manipulację. Należy jednak zauważyć, że absorpcja warstwy zmienia się w miarę przechodzenia materiału ze stanu nieabsorbującego (mokry, przezroczysty w bliskiej podczerwieni materiał prekursorowy perowskitu) do stanu suchego (absorbujący w bliskiej podczerwieni czarny perowskit), a ta dodatkowa absorpcja może przyczyniać się do uszkodzenia podłoża38.
Pomimo tych ograniczeń, metoda FIRA wciąż wykazuje wiele zalet w porównaniu z metodą antyrozpuszczalnikową. Po pierwsze, cienkie warstwy mogą być syntetyzowane znacznie szybciej. Na przykład perowskit formuje się w czasie &#60;2 s, natomiast warstwa mezoporowatego TiO2 powstaje w zaledwie 10 min, co jest okresem znacznie krótszym niż godziny wymagane w metodzie konwencjonalnej. Wyeliminowanie antyrozpuszczalnika oraz krótszy czas wyżarzania oznaczają również znacznie niższe koszty energetyczne i finansowe. Ocena cyklu życia (Rycina 10) procesu syntezy perowskitu wykazuje, że metoda FIRA generuje jedynie 8% wpływu na środowisko i stanowi 2% kosztów produkcji w porównaniu z metodą antyrozpuszczalnikową. Ponadto metoda ta jest kompatybilna z podłożami elastycznymi i wielkopowierzchniowymi. Jednorazowo można naświetlić obszar o całkowitej powierzchni 10 x 10 cm2, a wykazano już, że w ten sposób można syntetyzować urządzenia o powierzchni czynnej 1,4 cm2 oraz warstwy o powierzchni 100 cm2. Wreszcie, metoda ta jest wysoce powtarzalna, wszechstronna i możliwa do adaptacji w szybkich procesach produkcji roll-to-roll, ponieważ etapy osadzania i wyżarzania są realizowane w sposób ciągły w jednym miejscu, w ramach zsynchronizowanego i płynnego procesu.
<img alt="Rycina 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig10.jpg" /> 
Rycina 10: Porównanie względnego kosztu i wpływu na środowisko metod FIRA oraz metod z użyciem antyrozpuszczalnika, określone za pomocą oceny cyklu życia.&#160;GWP = Zmiana klimatu [kg CO2 eq], POP = Utlenianie fotochemiczne [kg C2H4 eq], AP = Zakwaszenie [kg SO2 eq], CED = Skumulowane zapotrzebowanie na energię [MJ], HTC = Toksyczność dla ludzi, efekty rakotwórcze [CTUh], HTNC = Toksyczność dla ludzi, efekty nierakotwórcze [CTUh], ET = Ekotoksyczność wody słodkiej [CTUe]. Reprodukowano za zgodą12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig10large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Obecne badania nad FIRA koncentrują się na optymalizacji syntezy cienkich warstw na podłożach elastycznych, takich jak papier i PET, a także na syntezie innych kluczowych warstw komponentów PSC, takich jak zwarta warstwa SnO2 lub elektrody węglowe i ITO. Co więcej, kolejnym krokiem jest wykonanie wysokowydajnych urządzeń o powierzchni &#62;5 cm2. Można zatem stwierdzić, że FIRA stanowi krok w stronę ekologicznego i kosztowo efektywnego sposobu produkcji wielkopowierzchniowych, komercyjnych PSC.

Od momentu powstania w 2009 roku, ogniwa słoneczne oparte na perowskitach halogenku ołowiu wykazały bezprecedensowy wzrost, z wydajnością konwersji energii (PCE) z 3,8%1 do 25,2%2 w ciągu nieco ponad dekady rozwoju. Ostatnio pojawiło się również zainteresowanie rozwojem perowskitowych ogniw słonecznych (PSC) na elastycznych podłożach, takich jak politereftalan etylenu (PET), ponieważ są one lekkie, tanie, mają zastosowanie w produkcji roll-to-roll i mogą być używane do zasilania elastycznej elektroniki3,4. W ciągu ostatniej dekady wskaźnik PCE elastycznych PSC uległ znacznej poprawie z 2,62% do 19,1%5.
Większość obecnych metod przetwarzania PSC obejmuje osadzanie roztworu prekursora perowskitu, dodawanie antyrozpuszczalnika (AS), takiego jak chlorobenzen, w celu wywołania zarodkowania, a na końcu wyżarzanie termiczne w celu odparowania rozpuszczalnika i promowania krystalizacji perowskitu w pożądanej morfologii6,7,8,9. Ta metoda wymaga umiarkowanych ilości rozpuszczalnika organicznego (~100 μL na podłoże o wymiarach 2 x 2 cm), który zazwyczaj nie jest odzyskiwany, jest trudny do nałożenia na podłoża o dużej powierzchni i nie zawsze jest powtarzalny. Dodatkowo warstwa perowskitu wymaga wyżarzania w temperaturze >100 °C przez maksymalnie 120 minut, podczas gdy warstwa transportująca elektrony mezoporowatego TiO2 wymaga spiekania w temperaturze 450 °C przez co najmniej 30 minut, co nie tylko prowadzi do dużych kosztów elektronicznych i potencjalnego wąskiego gardła w ewentualnym zwiększaniu skali PSC, ale jest również niekompatybilne z elastycznymi podłożami, które zazwyczaj nie wytrzymują ogrzewania w temperaturze ≥250 °C10, 11,12. W związku z tym należy znaleźć alternatywne metody produkcji, aby skomercjalizować tę technologię3,13,14.
Wyżarzanie w podczerwieni Flash, po raz pierwszy zgłoszone w 2015 roku11, jest tanią, przyjazną dla środowiska i szybką metodą syntezy kompaktowych i odpornych na defekty cienkich warstw perowskitu i tlenków metali, która eliminuje potrzebę stosowania antyrozpuszczalnika i jest kompatybilna z elastycznymi podłożami. W tej metodzie świeżo pokryte wirowo warstwy perowskitu są wystawione na działanie promieniowania bliskiej podczerwieni (700–2500 nm, osiągając maksimum przy 1073 nm). Zarówno TiO2, jak i perowskit mają niską absorbancję w tym obszarze, podczas gdy FTO jest silnym absorberem NIR i szybko się nagrzewa, odparowując rozpuszczalnik i pośrednio wyżarzając materiał aktywny11,15. Krótki impuls trwający 2 s może podgrzać podłoże FTO do 480 °C, podczas gdy perowskit pozostaje w temperaturze ~70 °C, sprzyjając pionowemu parowaniu rozpuszczalnika i bocznemu wzrostowi kryształów na podłożu. Ciepło jest szybko odprowadzane poprzez chłodzenie z zewnętrznej obudowy, a w ciągu kilku sekund osiągana jest temperatura pokojowa.
Procesy zarodkowania i krystalizacji, a tym samym ostateczna morfologia filmu, mogą być zmieniane za pomocą parametrów FIRA, takich jak długość impulsu, częstotliwość i intensywność, co pozwala na znacznie bardziej powtarzalny i kontrolowany wzrost kryształów16. Zakładając zarodkowanie ograniczone w czasie, długość impulsu określa gęstość zarodkowania, podczas gdy intensywność impulsu określa energię dostarczaną do krystalizacji. Niewystarczająca ilość energii spowodowałaby niepełne odparowanie rozpuszczalnika lub krystalizację, natomiast nadwyżka energii spowodowałaby degradację termiczną perowskitu15. Optymalizacja tych czynników jest zatem istotna dla powstania jednorodnej warstwy perowskitowej, która może wpływać na właściwości optoelektroniczne urządzenia końcowego.
W porównaniu do metody AS, FIRA ma wolniejsze zarodkowanie i szybszy wzrost kryształów, co prowadzi do większych domen krystalicznych (~40 μm dla FIRA vs ~200 nm dla AS)16. Niższa szybkość zarodkowania może wynikać z niższego przesycenia lub ograniczonej fazy zarodkowania, kontrolowanej przez czas trwania impulsu15. Różnica w wielkości ziarna nie wpływa jednak na ruchliwość nośnika ładunku i żywotność (mobilność ~15 cm2/Vs dla AS i ~19 cm2/Vs dla FIRA)17 i daje folie o podobnych właściwościach strukturalnych i optycznych, mierzonych za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i fotoluminescencji (PL)12. W rzeczywistości raporty sugerują, że większe rozmiary ziaren są korzystne ze względu na stłumioną degradację perowskitu na granicach ziaren4. Kompaktowe, odporne na wady i wysoce krystaliczne warstwy perowskitu mogą być formowane obiema metodami, co daje urządzeniom >20% PCE18.
Dodatkowo, eliminacja antyrozpuszczalnika i skrócenie czasu wyżarzania z godzin do sekund czyni go znacznie bardziej opłacalnym i przyjaznym dla środowiska. Dzięki tej metodzie można również wytworzyć krystaliczną warstwę mezoskopową-TiO2, redukując energochłonny etap spiekania (w temperaturze 450 °C przez 30 minut, łącznie 1–3 godziny) do zaledwie 10 min16,18. Czasy wyżarzania TiO2 tak krótkie jak sekundy były również wcześniej zgłaszane przy użyciu różnych wariantów tej metody19,20,21,22. W rezultacie, cały PSC może zostać wyprodukowany w czasie krótszym niż godzina18. Metoda ta jest również kompatybilna z przemysłowym skalowaniem i komercjalizacją, ponieważ można ją dostosować do osadzania na dużych powierzchniach i przetwarzania typu roll-to-roll w celu uzyskania szybkiej i zsynchronizowanej wydajności produkcyjnej15. Co więcej, system chłodzenia wodą umożliwia szybkie odprowadzanie ciepła, dzięki czemu nadaje się do produkcji urządzeń na elastycznych podłożach, takich jak PET.
FIRA może być używana do każdej mokrej, cienkiej warstwy, która może być osadzona za pomocą prostego procesu roztworu i krystalizowana w różnych temperaturach do 1,000 °C. Parametry można zoptymalizować tak, aby powstały kryształy o pożądanej morfologii. Na przykład został wykorzystany do syntezy różnych kompozycji perowskitowych na szkle i PET12,15,18, a także mesoscopic-TiO 2 warstwa na szkle, dając urządzeniom >20% PCE18. Pozwala również na badanie ewolucji faz w zależności od temperatury, ponieważ temperatury powierzchni pieca i podłoża są mierzone w celu uzyskania profilu temperaturowego procesu krystalizacji16,17.
Ten artykuł najpierw omawia protokół używany do optymalizacji parametrów wyżarzania w celu syntezy kompaktowej, odpornej na wady i jednorodnej warstwy perowskitowej (MAPbI3), która jednocześnie oferuje wgląd w ewolucję morfologii perowskitu w zależności od temperatury/czasu impulsu. Po drugie, omówiono protokół przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych z warstwami mezoskopijnymi-TiO2 i perowskitowymi wyżarzonymi przez FIRA. W niniejszej pracy wykorzystano kompozycję perowskitową na bazie kationów formamidyny (80%), cezu (15%) i guanidyny (5%) (oznaczonej tutaj FCG) oraz przeprowadzono obróbkę końcową jodkiem tetrabutyloamoniowym (TBAI). Dlatego też niniejszy artykuł ma na celu zademonstrowanie wszechstronności metody FIRA, jej zalet w porównaniu z konwencjonalną metodą antyrozpuszczalnikową oraz jej potencjału do zastosowania w ewentualnej komercjalizacji perowskitowych ogniw słonecznych20,21,22.
Ten protokół jest podzielony na 4 sekcje: 1) Ogólny opis działania pieca FIRA 2) Proces optymalizacji i syntezy folii perowskitowej MAPbI3 na szkle FTO 3) Przetwarzanie perowskitowych ogniw słonecznych FCG oraz 4) Synteza folii MAPbI3 na ITO-PET.

<table><tbody><tr><td>4-tert-butylopirydyna</td><td>Sigma Aldrich</td><td>142379</td><td></td></tr><tr><td>Acetonitryl, bezwodny</td><td>ACROS Organics</td><td>AC610220010</td><td></td></tr><tr><td>Acetyloaceton</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P7754</td><td></td></tr><tr><td>Jodek cezu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>203033</td><td></td></tr><tr><td>Chlorobenzen, bezwodny</td><td>ACROS Organics</td><td>AC396971000</td><td></td></tr><tr><td>Digital miernik źródła</td><td>Metrohm</td><td>PGSTAT302N Autolab</td><td></td></tr><tr><td>DMF, bezwodny</td><td>ACROS Organics</td><td>AC326871000</td><td></td></tr><tr><td>DMSO, bezwodny</td><td>ACROS Organics</td><td>AC326881000</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>459844</td><td></td></tr><tr><td>FIRA Software</td><td>Labview</td><td></td><td>Opracowany przez nas</td></tr><tr><td>FK209</td><td>Dyenamo</td><td>DN-P04</td><td></td></tr><tr><td>Jodek formamidyny</td><td>GreatCell Solar</td><td>SKU MS150000</td><td></td></tr><tr><td>Szkło FTO</td><td>Szkło nippon</td><td>NSG 10</td><td>Rezystancja arkusza = 11-13 omów / sq</td></tr><tr><td>Jodek guanidyny</td><td>Sigma Aldrich</td><td>806056</td><td></td></tr><tr><td>Mydło czyszczące</td><td>Hellmanex III-Kwas</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>solny</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>190764</td><td></td></tr><tr><td>ITO PET</td><td>Sigma Aldrich</td><td>639303</td><td>Rezystancja arkusza = 60 omów/m2</td></tr><tr><td>Jodek ołowiu</td><td>TCI</td><td>L0279</td><td></td></tr><tr><td>Li-TFSI</td><td>Sigma Aldrich</td><td>544094</td><td></td></tr><tr><td>Mezoporowata pasta TiO2, 3 nrd</td><td>GreatCell Solar</td><td>SKU MS002300</td><td></td></tr><tr><td>Jodek metyloamonu</td><td>GreatCell Solar</td><td>SKU MS1010000</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop</td><td>Zeiss</td><td>Axio-Scope A1 Mikroskop</td><td></td>polaryzacyjny</tr><tr><td>Soczewka mikroskopu</td><td>Zeiss</td><td>EC Epiplan-Apochromat</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop ksenonowy</td> Ocean <td>Optics</td><td>HPX-2000</td><td></td></tr><tr><td>Światłowód</td><td>Ocean Optics</td><td>QP230-2-XSR</td><td>230 &mu; m rdzeń</td></tr><tr><td>Środek do czyszczenia plazmowego</td><td>Jetlight Company Inc.</td><td>UVO-Cleaner Model nr. 256-220</td><td></td></tr><tr><td>Papier z planaryzacją polimerową</td><td>Arjowiggins</td><td>Powercoat HD</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td></td><td>Mikroskop Zeiss</td><td>Merlin</td></tr><tr><td>Płyta grzejna do spiekania</td><td>Harry Gestigkeit GMBH-Symulator</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>słoneczny</td><td>ABET Technologies</td><td>Model 11016 Spektrometr Sun 2000</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Optyka oceaniczna</td><td>Maya2000 Pro</td><td>Zakres spektralny: 300-1100 nm</td></tr><tr><td>Spiro-OMeTAD</td><td>Sigma Aldrich</td><td>792071</td><td></td></tr><tr><td>Jodek tetrabutyloamonu</td><td>GreatCell Solar</td><td>MS106000</td><td></td></tr><tr><td>Parownik termiczny</td><td>Kurt J. Lesker-diizoproptlenek</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>tytanu bis(acetyloacetonian)</td><td></td>Dyfraktometr <td></td> rentgenowski Sigma Aldrich 325252 <td></td></tr><tr><td></td><td>PANanalytical</td><td>Dyfraktometr empyreański (theta-theta, 240 mm)</td> <td>wyposażony w detektor PIXcel-1D, optykę wiązki Bragga-Brentano i optykę wiązki równoległej</td></tr><tr><td>Proszek cynkowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>324930</td><td></td></tr></tbody></table>

błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Flash Infrared Annealing for Perovskite Solar Cell Processing

Organiczno-nieorganiczne perowskity mają imponujący potencjał do projektowania ogniw słonecznych nowej generacji i są obecnie rozważane do rozbudowy i komercjalizacji. Obecnie perowskitowe ogniwa słoneczne opierają się na powlekaniu spinowym, które nie jest ani praktyczne w przypadku dużych powierzchni, ani przyjazne dla środowiska. Rzeczywiście, jedna z konwencjonalnych i najskuteczniejszych metod indukcji krystalizacji perowskitu na skalę laboratoryjną, metoda antyrozpuszczalnikowa, wymaga ilości toksycznego rozpuszczalnika, która jest trudna do nałożenia na większe powierzchnie. Aby rozwiązać ten problem, do produkcji wysoce krystalicznych warstw perowskitu można zastosować bezrozpuszczalnikowy i szybki proces wyżarzania termicznego zwany wyżarzaniem w podczerwieni błyskawicznej (FIRA). Piec FIRA składa się z szeregu lamp halogenowych bliskiej podczerwieni o mocy oświetlenia 3 000 kW/m2. Pusty w środku aluminiowy korpus umożliwia skuteczny system chłodzenia wodą. Metoda FIRA pozwala na syntezę warstw perowskitowych w czasie krótszym niż 2 s, osiągając sprawność >20%. FIRA ma wyjątkowy potencjał dla przemysłu, ponieważ można ją dostosować do ciągłego przetwarzania, nie zawiera rozpuszczalników i nie wymaga długich, godzinnych etapów wyżarzania.

Optymalizacja i synteza warstw MAPbI3 na szkle FTO 
W celu oceny jakości warstwy perowskitowej wykonano obrazy mikroskopowe, dyfrakcję rentgenowską oraz widma absorbancji. Optymalny czas impulsu powinien pozwolić na uzyskanie zwartej, jednorodnej warstwy bez otworów (pinholes) z dużymi ziarnami kryształów. Rysunek 3 przedstawia obrazy optyczne warstw MAPbI3 dla czasów impulsu od 0 s do 7 s, natomiast Rysunek 4 pokazuje widma XRD warstw wygrzewanych przy wybranych czasach impulsu. Czasami tymi są granice czterech odrębnych faz perowskitowych zaobserwowanych na podstawie przeprowadzonych charakteryzacji. Ewolucja fazy w funkcji czasu impulsu i temperatury przedstawiona jest na Rysunku 5, a porównanie obrazów SEM warstw formowanych metodą FIRA i metodą antysolwentową znajduje się w informacjach uzupełniających S1. Dyfraktogramy XRD dla wszystkich impulsów oraz odpowiadające im widma absorbancji znajdują się w informacjach uzupełniających S2 i S3. Impulsy od 0 do 1,6 s dawały kryształy igłowate lub małe domeny krystaliczne oddzielone fazami niekrystalicznymi, co potwierdzają piki prekursorów przy 2θ = 6,59, 7,22 i 9,22°29. Dla impulsów od 1,8 do 3,8 s uformowały się dobrze zdefiniowane ziarna kryształów, a dyfraktogramy XRD wykazały powstanie tetragonalnej fazy I4/mcm MAPbI3. Potwierdza to również początek absorpcji przy 780 nm. Jednak dłuższe czasy impulsu prowadziły do degradacji termicznej perowskitu, z całkowitą degradacją dla impulsów &#62;5 s, co wykazano poprzez ewolucję piku PbI2 przy 2θ = 12,7°. Zoptymalizowany impuls określono na 2 s, co pozwoliło uzyskać ziarna kryształów o rozmiarze ~30 µm. Zatem metoda FIRA umożliwia kompleksowe badanie procesów nukleacji i krystalizacji w zależności od temperatury kontrolowanej przez czas impulsu. Parametry te mogą być również zmieniane i optymalizowane dla różnych cienkich warstw, co wykazuje wszechstronność tej metody.
<img alt="Rysunek 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig03.jpg" /> 
Rysunek 3: Obrazy optyczne filmów perowskitowych MAPbI3 na szkle FTO, wygrzewanych impulsami od 0 s do 7 s.&#160;Wszystkie obrazy wykonano przy 10-krotnym powiększeniu w trybie transmisji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rysunek 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig04.jpg" /> 
Rysunek 4: Widma XRD warstw MAPbI3 wygrzewanych przez wybrane czasy impulsów.&#160;Oznaczone płaszczyzny są reprezentatywne dla fazy tetragonalnej I4/mcm. Piki oznaczone gwiazdką reprezentują dyfrakcje z PbI2, natomiast niebieski prostokąt reprezentuje piki z roztworu prekursorowego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig04large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rysunek 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig05.jpg" /> 
Rysunek 5: Profil temperatury przedstawiający ewolucję fazy perowskitu w funkcji długości impulsu.&#160;Granice poszczególnych faz zostały określone na podstawie odpowiadającej im analizy XRD, przedstawionej na Rysunku 4. Zaadaptowano z15. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Urządzenia perowskitowe FCG 
Rysunek 6A,B przedstawiają profil temperatury oraz dyfraktogram XRD warstwy mezoskopowej TiO2 wyżarzanej w cyklu FIRA składającym się z 10 impulsów, z czasem włączenia 15 s i wyłączenia 45 s. Dzięki zastosowaniu FIRA można osiągnąć temperatury rzędu ~600 °C, a warstwę TiO2 można zsyntetyzować w zaledwie 10 min, co jest czasem znacznie krótszym niż w metodzie konwencjonalnej, wymagającej spiekania przez 1 h do 3 h w temperaturze szczytowej 450 °C. Powstała warstwa nie wykazuje zauważalnych różnic w porównaniu do warstwy spieczonej na płycie grzejnej. W efekcie całe ogniwo słoneczne perowskitowe można przetworzyć w czasie krótszym niż godzina. Zdjęcie SEM przekroju poprzecznego (Rysunek 6C) pokazuje, że wykonane następnie urządzenia są bardzo podobne do tych wytworzonych tradycyjnymi metodami, z warstwami o zbliżonej grubości i morfologii. Dodatkowo urządzenia przetworzone metodą FIRA wykazały doskonałe parametry pracy (Rysunek 7), przy czym najlepsze urządzenie osiągnęło PCE = 20,1%, FF = 75%, Voc = 1,1 V oraz Jsc = 24,4 mA/cm2, co jest wynikiem porównywalnym z urządzeniami wykonanymi metodą antyrozpuszczalnika. Urządzenie o dużej powierzchni z obszarem aktywnym 1,4 cm2 uzyskało również PCE na poziomie 17%, co dowodzi, że FIRA jest obiecującą alternatywną metodą przetwarzania w produkcji PSC.
<img alt="Rycina 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig06.jpg" /> 
Rycina 6: (A) Profil temperatury wyżarzania mezoporowatego TiO2 w FIRA, z cyklem 10 impulsów: 15 s włączenia i 45 s przerwy. (B) Dyfraktogramy rentgenowskie dla warstw TiO2 wyżarzanych na płycie grzejnej oraz w FIRA, a także czystego podłoża FTO jako referencji. (C) Przekrojowe obrazy SEM architektur perowskitowych ogniw słonecznych, przetworzonych za pomocą FIRA i antysolwentu. Powielono za zgodą z18. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig07.jpg" /> 
Rycina 7: Krzywa prądowo-napięciowa dla najlepszych ogniw perowskitowych FCG.&#160;(A) Warstwy mezoporowatego-TiO2 i perowskitu wyżarzane metodą FIRA. (B) Ogniwo o dużej powierzchni (1.4 cm2) z warstwami mezoporowatego-TiO2 i perowskitu wyżarzanymi metodą FIRA. Reprodukowano za zgodą autorów18. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Filmy MAPbI3 na ITO-PET
Rysunek 8 przedstawia obrazy optyczne błon MAPbI3 wyżarzanych w impulsach od 1 s do 2 s. Przy krótszych czasach impulsu występuje niepełna krystalizacja, natomiast przy czasach impulsu &#62;1.7 s podłoże PET zaczyna topnieć (patrz Rysunek dodatkowy 4). W przypadku impulsu 2 s obserwuje się również degradację termiczną perowskitu. Przy zoptymalizowanym czasie impulsu wynoszącym 1.7 s zaobserwowano gęsto upakowane domeny krystaliczne o rozmiarach ~15 µm. Mimo obecności małych otworów (pinholes) o wielkości 1–2 µm, ewidentne jest, że FIRA może być wykorzystana do tworzenia zwartych i jednorodnych błon perowskitowych na elastycznych polimerach bez topnienia podłoża, dzięki szybkiemu chłodzeniu przez obudowę, co stanowi znaczącą zaletę w porównaniu z wyżarzaniem na płycie grzejnej.
<img alt="Rysunek 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61730/61730fig08.jpg" /> 
Rysunek 8: Obrazy optyczne warstw MAPbI3 wygrzewanych przy różnych czasach impulsu na ITO-PET.&#160;Wszystkie obrazy zostały wykonane w trybie transmisji przy 10-krotnym powiększeniu, chyba że zaznaczono inaczej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730fig08large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Rysunek dodatkowy 1: Porównanie obrazów SEM z widokiem z góry dla warstw perowskitowych wyżarzanych metodą FIRA oraz na płycie grzejnej. (A) Widok z góry warstw perowskitowych wyżarzanych metodą FIRA dla czterech czasów wyżarzania, pasek skali: 25 µm. (B) Widok z góry warstwy referencyjnej wykonanej metodą antysolwentową, a następnie wyżarzanej w temperaturze 100 °C przez 1 h na standardowej płycie grzejnej, pasek skali: 1 µm. Adaptacja z1. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig01.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten rysunek.</a>
Rycina uzupełniająca 2: Widma XRD warstw MAPbI3 na szkle FTO, wyżarzanych impulsami o czasie (A) 0–1,4 s (B) 1,6–3 s (C) 3,2–4,6 s (D) 4,8–7 s. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig02.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę rycinę.</a>
Rycina uzupełniająca 3: Widma absorbancji warstw MAPbI3 na szkle FTO, wyżarowanych impulsami o czasie (A) 0,2–1,8 s (B) 2–3,6 s (C) 3,8–7 s. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig03.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę rycinę.</a>
Rycina uzupełniająca 4: Wygląd fizyczny warstw MAPbI3 wygrzewanych na PET przy różnych długościach impulsu. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig04.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę rycinię.</a>
Rysunek dodatkowy 5: Profil temperatury i obrazy SEM z widokiem z góry dla czystego podłoża papierowego, elektrody ITO oraz warstwy mezoporowatego TiO2 przetworzonej za pomocą metody FIRA. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig05.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten rysunek.</a>
Rycina uzupełniająca 6: Przekrój obrazu SEM perowskitu osadzonego (metodą antyrozpuszczalnika) na stosie ITO/TiO2 wyżarzanym w atmosferze FIRA na podłożu papierowym. ITO np = nanocząstki ITO, pvk = perowskit. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61730/61730supfig06.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę rycinię.</a>

Opisujemy metodę wyżarzania w podczerwieni używaną do syntezy perowskitów i mezoskopowych warstw TiO2. Parametry wyżarzania są zróżnicowane i zoptymalizowane pod kątem obróbki na szkle z tlenku cyny (FTO) domieszkowanym fluorem i politereftalanu etylenu pokrytym tlenkiem indu cyny (ITO PET), co w efekcie zapewnia urządzeniom sprawność konwersji mocy >20%.

Błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Organic&#8211;inorganic perovskites have an impressive potential for the design of next generation solar cells and are currently considered for upscaling ...

Protokół ten ma kluczowe znaczenie dla stosowania metody FIRA do przetwarzania cienkowarstwowych perowskitowych ogniw słonecznych. Główną zaletą tego protokołu jest szybki czas wyżarzania, przyjazność dla środowiska i powtarzalność przetwarzania cienkowarstwowego. Metoda ta została opracowana dla cienkowarstwowych perowskitowych ogniw słonecznych.Można go jednak rozszerzyć w celu powlekania cienkowarstwowego miękkich i twardych materiałów. Aby zaprogramować cykl wyżarzania, najpierw podłącz piec FIRA do komputera i wybierz tryb PID. Upewnij się, że wybrano tabelę z podstawą czasu dłuższą niż całkowity czas trwania procesów wyżarzania i chłodzenia.Po ustawieniu godzin, w których lampy powinny być włączone i wyłączone, kliknij tabelę START, aby uruchomić cykl. Aby przygotować mezoporowatą warstwę ditlenku tytanu, należy obtoczyć 50 mikrolitrów mezoporowatego roztworu ditlenku tytanu z prędkością 4 000 obrotów na minutę przez 10 sekund z prędkością przyspieszenia 1200 obrotów na minutę, a następnie otworzyć zawór powietrza wlotowego gazu. Zaprogramuj cykl wyżarzania trwający 1200 sekund w temperaturze 550 stopni Celsjusza i umieść podłoża w piecu FIRA.Rozpocznij proces wyżarzania w trybie PID, aby uzyskać warstwę o grubości od 150 do 200 nanometrów. W odpowiednim momencie kliknij tabelę STOP, aby zatrzymać wyżarzanie, a następnie usuń próbki, gdy temperatura pieca osiągnie 25 stopni Celsjusza. Aby przygotować warstwę perowskitu, najpierw zaprogramuj etap wyżarzania trwający 1,6 sekundy w trybie pełnej mocy, obróć 40 mikrolitrów roztworu perowskitu na podłożu z prędkością 4 000 obrotów na minutę przez 10 sekund i przenieś podłoże do pieca.Następnie rozpocznij proces wyżarzania. Pod koniec cyklu powierzchnia podłoża powinna zmienić kolor z żółtego na. Pozostawić próbki w piecu na dodatkowe pięć sekund w celu ostygnięcia przed wyjęciem.Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy profil temperatury, aby pobrać go jako plik txt lub xlsx. Aby ocenić cienkowarstwowy, należy zobrazować podłoże pod mikroskopem optycznym wyposażonym w ksenonowe źródło światła i nieskończenie korygowane obiektywy 10X i 50X i jednocześnie zarejestrować widma absorpcyjne za pomocą światłowodu zintegrowanego z zestawem mikroskopu i podłączonego do spektrometru. Wyeliminowanie antyrozpuszczalnika i skrócenie czasu wyżarzania znacznie obniża koszty energetyczne i finansowe.Ocena cyklu życia procesu syntezy perowskitów pokazuje, że FIRA stanowi tylko 8% wpływu na środowisko i 2% kosztów produkcji metody antyrozpuszczalnikowej. Dodatkowo FIRA jest kompatybilna z elastycznymi i wielkopowierzchniowymi podłożami. Analiza dyfrakcji rentgenowskiej ujawniła granice czterech odrębnych faz perowskitu obserwowanych na podstawie różnych charakterystyk eksperymentalnych.Kolejną zaletą jest gromadzenie danych i selekcja materiałów. Na przykład można zaobserwować profil temperatury i wzór dyfrakcji rentgenowskiej dla mezoskopowej warstwy dwutlenku tytanu wyżarzonej w cyklu FIRA trwającym 10, 15 sekund i 45 sekund przerwy. Piec FIRA może osiągnąć około 500 stopni Celsjusza, co pozwala na wyśrodkowanie warstwy dwutlenku tytanu w zaledwie 10 minut, znacznie krócej niż w przypadku konwencjonalnych metod.Obrazowanie uzyskanej folii za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego pokazuje, że wytworzone urządzenia są podobne do tych wykonanych tradycyjnymi metodami z warstwami o podobnej grubości i morfologii. Urządzenia procesowe FIRA wykazują doskonałą wydajność, przy czym urządzenie mistrzowskie wykazuje wydajność konwersji mocy, współczynniki wypełnienia, napięcia obwodu otwartego i zwarciowe prądy fotologiczne podobne do urządzeń wytwarzanych metodą antyrozpuszczalnikową, co pokazuje, że FIRA jest obiecującą alternatywną metodą przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych. Metoda FIRA jest potężną techniką przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych i daje nam wyjątkową możliwość gromadzenia danych i badań przesiewowych materiałów.

flash-infrared-annealing-for-perovskite-solar-cell-processing

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Poczyniono postępy w wykorzystaniu rozpraszania częstości występowania echa spinowego (SERGIS) jako techniki rozpraszania neutronów do badania skal długości w próbkach o nieregularnym charakterze. Krystality estru metylowego kwasu [6,6]-fenylo-C61-masłowego przebadano techniką SERGIS, a wyniki potwierdzono mikroskopią sił optycznych i atomowych.

Wykorzystanie neutronowego echa spinowego do rozwiązania problemu rozpraszania padania w celu zbadania organicznych materiałów ogniw słonecznych

Wyprodukowano zintegrowane urządzenie, zawierające barwnikowe ogniwo słoneczne i jednostkę do konwersji w górę anihilacji trypletowo-trypletowej, co pozwoliło na lepsze zbieranie światła z szerszego wycinka spektrum słonecznego. Przy umiarkowanych poziomach napromieniowania wykazano znacznie zwiększoną reakcję na fotony o niskiej energii, co przyniosło rekordową wartość dla ogniw słonecznych wrażliwych na barwnik.

Integracja systemu konwersji w górę anihilacji triplet-triplet w celu zwiększenia wrażliwości barwnika ogniwa słonecznego na światło sub-pasmo wzbronione

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Metoda dla w pełni drukowalnych, wolnych od fulerenów, wysoce stabilnych, masowo-heterozłączowych ogniw słonecznych opartych na alkoholanach Ti jako akceptorze elektronów i produkcji polimeru oddając elektrony jest opisana tutaj. Ponadto opisano metodę kontrolowania morfologii warstwy fotoaktywnej poprzez masowość molekularną jednostek Ti-alkoxidian.

Kontrola morfologii dla w pełni drukowalnych organiczno-nieorganicznych ogniw słonecznych z heterozłączami masowymi na bazie tytanowo-alkoksydowego i polimeru półprzewodnikowego

Prezentujemy obszerne badanie na temat efektów różnych metod wytwarzania organicznych/nieorganicznych cienkich warstw perowskitu, porównując struktury krystaliczne, gęstość stanów, poziomy energii i ostatecznie wydajność ogniw słonecznych.

Wpływ metod wytwarzania perowskitów hybrydowych na tworzenie filmu, strukturę elektronową i wydajność ogniw słonecznych

Technika czasowo-rozdzielczej przewodnictwa mikrofalowego do badania dynamiki rekombinacji bezpośredniej i za pośrednictwem pułapki oraz określania ruchliwości nośników półprzewodników cienkowarstwowych jest tutaj prezentowana.

Dynamika rekombinacji w cienkowarstwowych materiałach fotowoltaicznych za pomocą czasowo-rozdzielczego przewodnictwa mikrofalowego

Tutaj prezentujemy protokół do dostosowania właściwości przetworzonego w roztworze CH3NH3PbI3 poprzez włączenie monowalentnych dodatków kationowych w celu uzyskania wysoce wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych.

Domieszkowanie kationami monowalentnymiCH3, NH,3PbI3 dla wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych

Tutaj prezentujemy protokół syntezy prekursorów CH3NH 3 I i CH3NH 3Br oraz późniejszego tworzenia bezotworkowych, ciągłych cienkich warstw CH3NH3PbI3-xBrx do zastosowania w wysokowydajnych ogniwach słonecznych i innych urządzeniach optoelektronicznych.

Proces niskociśnieniowego roztworu wspomaganego parą wodną do przestrajalnych warstw perowskitowych z halogenku metyloamonowo-ołowiowego bez otworków

Tutaj prezentujemy szczegółowe protokoły dla przetwarzanych w roztworze cienkich warstw półprzewodnikowych srebra, bizmutu i jodu (Ag-Bi-I) wytwarzanych na przezroczystych elektrodach pokrytych TiO2 oraz ich potencjalnego zastosowania jako stabilnych i bezołowiowych urządzeń optoelektronicznych.

Trójskładnikowe cienkie warstwy "srebrowo-bizmutowo-jodowe" przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych

Ten protokół opisuje, jak zainstalować kamerę na podczerwień w piecu przenośnika taśmowego, przeprowadzić korektę klienta fabrycznie skalibrowanej kamery na podczerwień i ocenić przestrzenny rozkład temperatury powierzchni obiektu będącego przedmiotem zainteresowania. Przykładowe obiekty to przemysłowe krzemowe ogniwa słoneczne.

Pomiar temperatury powierzchni in situ w piecu przenośnika taśmowego za pomocą termografii w podczerwieni inline

Poznaj metodę błyskawicznego wyżarzania w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych. Technika FIRA zapewnia szybkie wyżarzanie, ekologiczność i powtarzalność procesu.

Błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Przeglądaj więcej filmów