Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

חישול אינפרא אדום פלאש עבור עיבוד תאים סולאריים פרוביסקיט

Published: February 3, 2021 doi: 10.3791/61730
Automatic Translation
1,2, 2, 2
1Department of Chemistry, Molecular Sciences Research Hub, Imperial College London, 2Laboratory of Photomolecular Science (LSPM), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Summary

אנו מתארים שיטת חישול אינפרא אדום פלאש המשמש לסינתזה של סרטי פרוביסקיט ו mesoscopic-TiO2. פרמטרי חישול הם מגוונים וממוטבים לעיבוד על תחמוצת פח מסוממת פלואור (FTO) זכוכית אינדיום בדיל מצופה פוליאתילן terephthalate (ITO PET), לאחר מכן נותן התקנים כוח המרה יעילות >20%.

Abstract

פרוביסקיטים אורגניים-אורגניים יש פוטנציאל מרשים לתכנון של הדור הבא תאים סולריים נחשבים כיום עבור upscaling ו מסחור. נכון לעכשיו, תאים סולריים פרוביסקיט להסתמך על ציפוי ספין אשר אינו מעשי עבור אזורים גדולים ולא ידידותי לסביבה. ואכן, אחת השיטות המקובלות והיעילות ביותר בקנה מידה מעבדה כדי לגרום התגבשות פרוביסקיט, שיטת antisolvent, דורש כמות של ממס רעיל שקשה ליישם על משטחים גדולים יותר. כדי לפתור בעיה זו, ניתן להשתמש בתהליך חישול תרמי נטול חדלות פירעון ומהיר הנקרא חישול אינפרא אדום פלאש (FIRA) כדי לייצר סרטי פרוביסקיט גבישיים ביותר. תנור FIRA מורכב ממערך של מנורות הלוגן כמעט אינפרא אדום עם עוצמת תאורה של 3,000 קילוואט/ מ'2. גוף אלומיניום חלול מאפשר מערכת קירור מים יעילה. שיטת FIRA מאפשרת סינתזה של סרטי פרוביסקיט בפחות מ -2 s, השגת יעילות >20%. FIRA יש פוטנציאל ייחודי לתעשייה כי זה יכול להיות מותאם לעיבוד מתמשך, הוא ללא antisolvent, ואינו דורש ארוך, שעה ארוכה חישול צעדים.

Introduction

מאז הקמתם בשנת 2009, תאים סולריים המבוססים על עופרת הליד perovskites הוכיחו צמיחה חסרת תקדים, עם יעילות המרת כוח (PCE) גדל מ 3.8%1 ל 25.2%2 בקצת יותר מעשור של פיתוח. לאחרונה, יש גם עניין בפיתוח של תאים סולריים perovskite (PSCs) על מצעים גמישים כגון פוליאתילן terephthalate (PET) כפי שהם קלים, זול, ישים לייצור רול לגלגול והוא יכול לשמש כוחאלקטרוניקה גמישה 3,4. בעשור האחרון, PCE של PSCs גמיש השתפר באופן משמעותי מ 2.62% ל 19.1%5.

רוב שיטות העיבוד הנוכחיות עבור PSCs כרוכות בתצהיר של פתרון מבשר פרוביסקיט, תוספת של נוגדן (AS) כגון כלורובנזן כדי לגרום לגרעין ולבסוף חישול תרמי כדי לאדות את הממס ולקדם התגבשות של פרוביסקיט במורפולוגיה הרצויה6,7,8,9. שיטה זו דורשת כמויות מתונות של ממס אורגני (~ 100 μL לכל 2 x 2 ס"מ מצע) כי הוא בדרך כלל לא reclaimed, קשה להחיל על מצעים שטח גדול והוא לא תמיד לשחזור. בנוסף, שכבת הפרוביסקיט דורשת חישול בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס למשך עד 120 דקות, בעוד שכבת הובלת האלקטרונים mesoporous-TiO2 דורשת sintering ב-450 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לפחות, אשר לא רק מוביל עלות אלקטרונית גדולה צוואר בקבוק פוטנציאלי ב upscaling בסופו של דבר של PSCs, אבל הוא גם עולה בקנה אחד עם מצעים גמישים אשר בדרך כלל לא יכול לקיים חימום ב ≥ 250 °C10,11,12. שיטות ייצור חלופיות חייבות, אם כן, להימצא כדי למסחר טכנולוגיה זו3,13,14.

חישול אינפרא אדום פלאש, דווח לראשונה בשנת 201511, היא עלות נמוכה, ידידותי לסביבה שיטה מהירה לסינתזה של קומפקטית וסובלנית פגמים perovskite וסרטים דקים תחמוצת מתכת המבטלת את הצורך antisolvent והוא תואם מצעים גמישים. בשיטה זו, סרטי פרוביסקיט מצופים טריים נחשפים לקרינת כמעט IR (700-2,500 ננומטר, שהגיעה לשיאה ב-1,073 ננומטר). גם TiO2 וגם perovskite יש ספיגה נמוכה באזור זה, ואילו FTO הוא סופג NIR חזק ומתחמם במהירות, אידוי הממס בעקיפין חישול החומר הפעיל11,15. דופק קצר של 2 מעלות יכול לחמם את מצע ה-FTO ל-480 מעלות צלזיוס, בעוד הפרוביסקיט נשאר ב ~ 70 מעלות צלזיוס, ומקדם אידוי אנכי של הממס וצמיחה לרוחב של גבישים ברחבי המצע. החום מתפזר במהירות באמצעות קירור מהמארז החיצוני, ותוך שניות, טמפרטורת החדר מגיעה.

תהליכי התגרענות והתגבשות, ולכן המורפולוגיה הסופית של הסרט, ניתן לשנות באמצעות פרמטרים FIRA כגון אורך הדופק, תדירות, ועוצמה, המאפשר הרבה יותר לשחזור וצמיחה גביש לשליטה16. בהנחה של התגרענות מוגבלת בזמן, אורך הדופק קובע את צפיפות הגרעין ואילו עוצמת הדופק קובעת את האנרגיה המסופקת להתגבשות. אנרגיה לא מספקת תגרום אידוי ממס שלם או התגבשות, ואילו עודף אנרגיה יגרום השפלה תרמית של פרוביסקיט15. אופטימיזציה של גורמים אלה היא, אם כן, חשוב להיווצרות של סרט פרוביסקיט הומוגני, אשר יכול להשפיע על המאפיינים האופטואלקטריים של המכשיר הסופי.

בהשוואה לשיטת AS, FIRA יש גרעין איטי יותר וצמיחה גביש מהר יותר, המוביל תחומים גבישיים גדולים יותר (~ 40 מיקרומטר עבור FIRA לעומת ~ 200 ננומטר עבור AS)16. שיעור התגרען הנמוך יכול להיות בגלל רוויה נמוכה יותר או שלב התגרען מוגבל כפי שנשלט על ידי משך הדופק15. עם זאת, ההבדל בגודל התבואה אינו משפיע על ניידות נושאת הטעינה ועל אורך החיים (ניידות ~ 15 ס"מ2/ Vs עבור AS ו ~ 19 ס"מ2/ Vs עבור FIRA)17 ונותן סרטים עם תכונות מבניות ואופטיות דומות, כפי שנמדד על ידי עקיפת רנטגן (XRD) ו photoluminescence (PL)12. למעשה, דיווחים מראים כי גדלי תבואה גדולים יותר הם חיוביים בשל השפלה פרוביסקיט מודחק בגבולות תבואה4. קומפקטי, פגם סובלני, וסרטים פרוביסקיט גבישי מאוד יכול להיווצר עם שתי השיטות, מתן התקנים עם >20% PCE18.

בנוסף, חיסול antisolvent ואת הירידה בזמן חישול משעות שניות לעשות את זה הרבה יותר חסכוני וידידותי לסביבה. בשיטה זו, ניתן לייצר גם שכבת מזוסקופית-TiO2 גבישית, המפחיתה את שלב הסינטרינג עתיר האנרגיה (ב-450 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, 1-3 שעות בסך הכל) ל-10 דקותבלבד 16,18. TiO2 חישול פעמים קצר כמו שניות דווחו גם בעבר באמצעות וריאציות של שיטה זו19,20,21,22. כתוצאה מכך, PSC שלם יכול להיות מפוברק בתוך פחות משעה18. שיטה זו תואמת גם עם upscaling תעשייתי ומסחור כפי שהוא יכול להיות מותאם תצהיר שטח גדול ועיבוד רול לגלגול לייצור תפוקה מהירה ומסונכרנת15. יתר על כן, מערכת קירור המים מאפשרת פיזור חום מהיר, מה שהופך אותו מתאים לייצור מכשירים על מצעים גמישים כגון PET.

FIRA יכול לשמש עבור כל סרט רטוב, דק שניתן להפקיד באמצעות תהליך פתרון פשוט מגובש בטמפרטורות שונות עד 1,000 מעלות צלזיוס. ניתן לייעל את הפרמטרים כך שנוצרים גבישים במורפולוגיה הרצויה. לדוגמה, הוא שימש לסינתזה של קומפוזיציות פרוביסקיט שונות על זכוכית ו PET12,15,18, כמו גם את שכבת mesoscopic-TiO 2 עלזכוכית, נותן התקנים של >20% PCE18. זה גם מאפשר לחקור את האבולוציה שלב נגד הטמפרטורה, כמו טמפרטורות פני השטח בתנור ומצע נמדדים לתת פרופיל טמפרטורה של תהליך התגבשות16,17.

מאמר זה דן תחילה בפרוטוקול המשמש לאופטימיזציה של פרמטרי חישול לסנתז סרט פרוביסקיט קומפקטי, סובלני פגמים והומוגני (MAPbI3), אשר בו זמנית מציע תובנה על התפתחות המורפולוגיה פרוביסקיט נגד זמן טמפרטורה / דופק. שנית, פרוטוקול לעיבוד של תאים סולריים פרוביסקיט עם FIRA-annealed מזוסקופי-TiO2 ושכבות פרוביסקיט נדון. למחקר זה, הרכב פרוביסקיט המבוסס על formamidinium (80%), צסיום (15%), וגואנידיניום (5%) קטיונים שימשו (בזאת מסומן FCG), ו tetrabutyl אמוניום יודיד (TBAI) לאחר הטיפול בוצע. לכן, נייר זה נועד להדגים את הרבגוניות של שיטת FIRA, היתרונות שלה על פני שיטת antisolvent קונבנציונאלי, ואת הפוטנציאל שלה להיות מיושם במסחור בסופו של דבר של תאים סולריים פרוביסקיט20,21,22.

פרוטוקול זה מחולק 4 סעיפים: 1) תיאור כללי של הפעולה של תנור FIRA 2) תהליך אופטימיזציה וסינתזה של MAPbI3 סרט פרוביסקיט על זכוכית FTO 3) עיבוד של תאים סולריים פרוביסקיט FCG ו 4) סינתזה של MAPbI3 סרטים על ITO-PET.

Protocol

1. הפעלת תנור פירא

הערה: סכמטי של תנור FIRA, שפותח בתוך הבית, מוצג באיור 1A. תנור FIRA מורכב ממערך של שש מנורות הלוגן כמעט אינפרא אדום (פליטת שיא באורך גל של 1,073 ננומטר) עם הספק תאורה של 3,000 קילוואט/מ"ר2 והספק יציאה כולל של 9,600 קילוואט. גוף אלומיניום חלול מספק מערכת קירור מים יעילה והוא בתורו מאפשר פיזור אנרגיה תרמית מהירה (תוך שניות). הוא נשמר בתא כפפות חנקן, ו N2 הוא זרם ברציפות דרך התא דרך כניסת גז כדי לשמור אותו תחת אטמוספרה אינרטית, למעט במהלך חישול. O2 יכול גם להיות הציג בעת חישול סרטי תחמוצת מתכת כדי לקדם חמצון.

Figure 1
איור 1: (A) סכמטי המציג חתך רוחב של תנור FIRA. תא התנור מקורר ללא הרף על ידי מים הזורמים דרך המארז ונשמרים תחת אטמוספרת N2. (B) תמונה של תנור FIRA. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: ממשק תוכנת FIRA. הלוח משמאל מציג את פרופיל הטמפרטורה, המציג את נקודת ההגדרה (תוכנית קלט), טמפרטורת התנור וטמפרטורת הפירומטר (משטח המצע). תוכנית חישול הרצויה תזן על השולחן מימין. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

  1. תכנות מחזורי חישול
    1. חבר את תנור FIRA למחשב, שממנו ניתן לשלוט באמצעות ממשק משתמש מדריך (איור 2) בתוכנה פנימית. בהתבסס על הניסוי, בחר מצב צריכת חשמל מלאה או מצב PID (נגזרת-אינטגרלית-פרופורציונלית). במצב עוצמה מלאה, מנורות IR מופעלות או כבויות לחלוטין, ואילו במצב PID, התנור מוחזק בטמפרטורה מסוימת למשך פרק זמן מסוים על ידי אפנון עוצמתי.
    2. ודא שהטבלה נבחרת על-הדו-מצבי טבלה/ידנית והזן בסיס זמן ארוך יותר מהמשך הכולל של תהליכי חישול וקירור.
    3. מצב צריכת חשמל מלאה: קלט את הזמנים שבהם המנורות צריך להיות מופעל או כבוי בטבלה בצד ימין של הממשק. בדרך זו, פולסים בודדים, כמו גם מחזורי חישול ניתן לתכנת, המאפשר שליטה על אורך הדופק ותדירות. זה מתאים לסרטים שניתן ל Annealed במהירות, או עבור מצעים שאינם יכולים לסבול חימום מתמשך (למשל, ~ 1.5-2 s עבור סרטי פרוביסקיט).
    4. מצב PID: קלט הזמן והטמפרטורה שבהם התנור צריך להיות מוקרן בטבלה. בדומה לעקרון העבודה של פלטה מסורתית, ניתן לווסת את עוצמת מקור החימום. זה מתאים לסרטים שבדרך כלל דורשים זמני חישול ארוכים יותר (למשל, 15 דקות ב 100 מעלות צלזיוס עבור TBAI).
    5. רכישת נתונים: הורד את פרופיל הטמפרטורה המוצג בצד שמאל של הממשק כקובץ .txt או גיליון אלקטרוני על-ידי לחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על הפרופיל ולאחר מכן לחץ על יצא קובץ.
      הערה: התוכנה משמשת הן לרכישת נתונים והן לבקרת מערכת, כאשר הנתונים הגולמיים העיקריים שנרכשו הם פרופיל הטמפרטורה. בפרופיל הטמפרטורה (איור 2), תוכנית הקלט מיוצגת על ידי "נקודת ההגדרה". טמפרטורת התנור (הנמדדת על ידי תרמוקולה מסוג K) וטמפרטורת המצע (המוערכת על ידי פירומטר) מוצגות בזמן אמת, ומעניקות תובנה לגבי תנאי התגבשות הסרט הדק. אנא שימו לב כי טמפרטורת התנור אינה משתנה ישירות עם טמפרטורות מסורתיות של צלחת חמה, שכן התרמופול חשוף ישירות לקרינת IR. במקום זאת, הוא משמש כנקודת התייחסות להשוואה בין פרמטרים שונים של חישול FIRA.
  2. תהליך חישול כללי
    1. להפקיד את המבשר באמצעות תהליך פתרון מתאים: ספין ציפוי26, מטבל ציפוי27, או רופא-blading28.
    2. מעבירים את המצעים לתא התנור של FIRA וסוגר את מכסה התנור. ודא שזרימת החנקן לתוך התא כבויה על ידי סגירת שסתום כניסת הגז.
    3. התחל והפסק את חישול על-ידי לחיצה על שולחן START וטבלת STOP במחשב. לחלופין, לחבר את תנור FIRA לדוושת רגל, אשר יכול לשמש גם כדי להתחיל ולעצור את התוכנית. כתוצאה מכך, חישול יכול להתבצע מבלי להסיר את הידיים מתיבת הכפפות, מה שמאפשר תהליך הרבה יותר חלק ומסונכרן.
    4. כאשר טמפרטורת התנור מגיעה לטמפרטורת החדר, מוציאים את המצעים מתא התנור.

2. MAPbI3 סינתזה סרט פרוביסקיט ואופטימיזציה על זכוכית FTO

  1. הכנת פתרון פרוביסקיט
    1. להמיס מתילמוניום יודיד ב DMF נטול מים:DMSO 2:1 v/v כדי להשיג פתרון 1.9 M.
    2. הוסף כמות equimolar של PbI2 לפתרון לדלל עם DMF נטול מים:DMSO 2:1 v/ v לתת 1.4 M מתילמוניום עופרת יודטור פתרון. מחממים ב 80 מעלות צלזיוס עד פירוק מלא ומצננים לטמפרטורת החדר.
      הערה: הפתרון מוכן ומאוחסן בתיבת כפפות ארגון. ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.
  2. סינתזת סרט פרוביסקיט
    1. השתמש מצעי זכוכית מצופה FTO של 1.7 ס"מ x 2.5 ס"מ.
    2. לנקות את המצעים באמצעות sonication רצופים בסבון ניקוי (2 vol % ב H2O deionized), אצטון ואתנול במשך 15 דקות כל אחד, ואז לייבש אותם עם אוויר דחוס.
    3. לטפל מצעים תחת UV / אוזון מנקה פלזמה במשך 15 דקות.
    4. הזן את תוכנית חישול הרצויה לפי סעיף 1.1.
    5. לפוצץ את פני השטח מצע עם אקדח חנקן כדי להסיר אבק וזיהומים אחרים.
    6. מעיל ספין 50 μL של מבשר פרוביסקיט ב 4,000 סל"ד עבור 10 s, עם האצה של 2000סל"ד·s-1.
    7. מיד לאחר התצהיר, להעביר את המצע לתנור FIRA עבור חישול במגוון של פעמים הדופק לפי הצורך (0-7 s בשימוש בזאת, דופק אופטימיזציה הוא 2 s). הפעל את תוכנית חישול קלט על ידי לחיצה על START על התוכנה או לדרוך על דוושת הרגל. שינוי צבע מצהוב לשחור יש לצפות, המציין היווצרות של מבנה פרוביסקיט 3D.
    8. הסר את המצע כאשר טמפרטורת התנור מגיעה 25 מעלות צלזיוס.
    9. אחסן את הסרטים ה Annealed בקופסת אוויר יבש.
      הערה: תנור FIRA ואת מעיל ספין ממוקמים באותה קופסת כפפות חנקן כך תצהיר פתרון חישול יכול להתבצע בצורה חלקה תחת אווירה אינרטית.
  3. אפיון חומרים
    1. לכוד תמונות אופטיות במיקרוסקופ מקוטב המצויד במקור אור קסנון ובמטרות מתוקנות לאין שיעור של 10x ו- 50x.
    2. רשום ספקטרום ספיגה בו זמנית עם סיב אופטי המשולב בהגדרת המיקרוסקופ ומחובר לספקטרומטר (טווח ספקטרלי 300-1,100 ננומטר).
      הערה: האפיון לעיל יכול להיעשות מיד לאחר חישול, המאפשר הקרנה מהירה של איכות הסרט. המדידות נלקחות באוויר הסביבה ובטמפרטורה. אפיון מעמיק יותר כגון סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) ועקיפת קרני רנטגן ניתן לבצע לאחר מכן (ראה סעיף 3.7).

3. עיבוד תאים סולריים פרוביסקיט FCG

  1. הכנה וניקוי של מצע
    1. חרוט צד אחד של מצעי זכוכית FTO עם אבקת Zn ו 4 M HCl.
    2. נקה מצעים באמצעות sonication רצופים בסבון ניקוי (2 vol % ב H2O deionized) במשך 30 דקות איזופרופנול במשך 15 דקות, ויבש עם אוויר דחוס.
    3. יש לטפל מתחת ל-UV/אוזון במנקה פלזמה למשך 5 דקות.
  2. שכבת TiOקומפקטית 2
    1. מחממים מצעי זכוכית FTO ל 450 מעלות צלזיוס על צלחת חמה sintering ולשמור אותם בטמפרטורה זו במשך 15 דקות לפני התצהיר פתרון.
    2. לדלל 0.6 מ"ל של טיטניום diisopropoxide ביס (אצטילצטונט) ו 0.4 מ"ל של אצטילצטון ב 9 מ"ל של EtOH לתת את הפתרון מבשר.
    3. להפקיד את הפתרון באמצעות פירוליזה ספריי עם חמצן כמו גז המוביל (0.5 בר) ב 45 ° ומרחק של ~ 20 ס"מ. השאירו מרווח של 20 שניות בין כל מחזור ריסוס.
    4. השאירו את המצעים בטמפרטורה של 450 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות נוספות, ואז התקררו לטמפרטורת החדר. זה נותן שכבת TiOקומפקטית 2 של ~ 30 ננומטר.
      הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. אם השלב הבא לא יבוצע באופן מיידי, re-sinter המצע ב 450 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות לפני התצהיר של שכבת mesoporous-TiO2.
  3. שכבת מסופורוס-טיו2
    1. הפוך פתרון מבשר על ידי דילול TiO2 להדביק (גודל חלקיקים 30 ננומטר) ב- EtOH בריכוז של 75 מ"ג / מ"ל. מערבבים את הפתרון עם מוט ערבוב מגנטי עד פירוק מלא.
    2. ספין מעיל 50 μL של הפתרון ב 4,000 סל"ד עבור 10 s, עם רמפה של 2,000סל"ד·s-1.
    3. תוכנית מחזור חישול של 10 פולסים, 15 s על ו 45 s את השולחן על התוכנה.
    4. מניחים את המצעים בתנור FIRA, ו anneal תחת מצב כוח מלא עם מחזור חישול לעיל על ידי לחיצה על התחל טבלה או דריכה על דוושת הרגל. זה מניב שכבה של 150-200 ננומטר.
    5. הסר את הדגימות כאשר טמפרטורת התנור מגיעה 25 מעלות צלזיוס.
      הערה: יש לוודא שהתנור בטמפרטורת החדר ומטה לפני תחילת חישול. עם המחזור הנ"ל, טמפרטורת התנור מגיעה ~ 600 מעלות צלזיוס במהלך חישול.
  4. שכבת פרוביסקיט
    1. הפוך פתרון של יודיד formamidinium (1.12 M), PbI2 (1.4 M), CSI (0.21 M) ו GAI (0.07 M) ב DMF נטול מים:DMSO 2:1 v/ v.
    2. מעיל ספין 40 μL של הפתרון ב 4,000 סל"ד עבור 10 s.
    3. תוכנית שלב חישול של 1.6 s על מצב צריכת חשמל מלאה על התוכנה (זה מגיע ~ 90 מעלות צלזיוס).
    4. מעבירים את המצע לתנור FIRA ומתחילים חישול על ידי לחיצה על התחל טבלה או דריכה על דוושת הרגל. פני השטח צריכים להפוך מצהוב לשחור.
    5. השאירו את הדגימות בתנור למשך 10 שניות נוספות לקירור לפני ההסרה.
  5. טטרבוטיל אמוניום יודיד (TBAI) לאחר הטיפול (אופציונלי)
    1. להמיס 3 מ"ג של אמוניום טטרובוטיל יודיד ב 1 מ"ל של איזופרופנול.
    2. ספין-ציפוי הפתרון ב 4,000 סל"ד עבור 20 s.
    3. תוכנית שלב חישול ב 100 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות באמצעות מצב PID.
    4. להעביר את המצע לתנור FIRA ו anneal עם התוכנית לעיל. מצננים עד 25 מעלות צלזיוס לפני השלב הבא.
  6. חומר הובלת חורים ואלקטרודה עליונה
    1. להמיס ספירו-OMeTAD בכלורובנזן (70 מ"מ) ולהוסיף 4-tert-butylpyridine (TBP), ליתיום ביס (trifluoromethylsulphonyl)imide) (Li-TFSI, 1.8 מ' באצטוניטריל) וטריס (2-(1H-פיראזול-1-yl)-4-טארט-בוטילפירדין)-קובלט(III) טריס (ביס(טריפלואורומתילסולפוניל) אימיד) (FK209, 0.25 M באצטוניטריל) כך היחס הטוחן של תוספים ביחס ספירו-OMeTAD הם 3.3, 0.5, ו- 0.03 עבור TBP, Li-TFSI ו- FK209 בהתאמה.
    2. הפקד 50 μL של הפתרון ב 4,000 סל"ד עבור 20 s תחת ציפוי ספין דינמי, הוספת הפתרון 3 s לאחר תחילת התוכנית.
    3. השאירו אותו כדי לחמצן לילה בקופסת אוויר יבש.
    4. הפקד 80 ננומטר של זהב באמצעות אידוי תרמי תחת ואקום. השתמש במסיכת צל כדי לתבנית האלקטרודות.
  7. בדיקות מכשירים פוטו-וולטאיים ואפיון חומרים
    1. קח מדידות פוטו באמצעות סימולטור סולארי מצויד מנורת קשת קסנון מד מקור דיגיטלי. ציין את האזור הפעיל של ההתקן עם מסיכת מתכת שחורה ולא רפלקטיבית (0.1024 ס"מ2 המשמשת בזאת). למדוד את עקומות מתח הזרם תחת הטיה הפוכה וקדימה בקצב סריקה של 10 mV/s תחת הקרנה AM 1.5 G.
    2. קח דפוסי עקיפת רנטגן עם דיפרקטומטר במצב השתקפות-ספין, באמצעות קרינת Cu Kα ומסנן ni β.
    3. קח סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים במתח האצה של 3 kV.

4. MAPbI 3 סרטים עלמצע ITO-PET

  1. חותכים ITO-PET ומיקרוסקופ שקופיות זכוכית לחתיכות של 1.7 ס"מ x 2.5 ס"מ.
  2. נקה את מגלשות הזכוכית ואת ITO-PET לפי שלבים 2.2.2-2.2.3.
  3. חבר את מצעי ה- ITO לשקופיות הזכוכית באמצעות סרט הדבקה דו-צדדי, כדי להבטיח שהם שטוחים ככל האפשר.
  4. הכן את קודמן MAPbI3 כמתואר בסעיף 2.1. לפוצץ את פני השטח מצע עם אקדח N 2 לפניספין ציפוי הפתרון חישול הסרט עם FIRA, לפי צעדים 2.2.5-2.2.8, עם זמן דופק של 1.7 s.
  5. בצע אפיון חומרי כמתואר בסעיפים 2.3 ו- 3.7.

Representative Results

אופטימיזציה וסינתזה של MAPbI3סרטים עלזכוכית FTO
כדי להעריך את איכות הסרט פרוביסקיט, תמונות מיקרוסקופ, עקיפת רנטגן, ספקטרום ספיגה נלקחו. זמן הדופק האופטימלי אמור להניב סרט קומפקטי, אחיד ונטול חורי סיכה עם גרגרי גביש גדולים. איור 3 מציג תמונות אופטיות של סרטי MAPbI3 בזמני דופק הנעים בין 0 s ל-7 s, ואילו איור 4 מציג את ספקטרום ה-XRD של סרטים שננעצו בזמני דופק סלקטיביים. זמני דופק אלה מייצגים את הגבולות של ארבעת שלבי הפרוביסקיט השונים שנצפו בהתבסס על האפיונים השונים המתבצעים. התפתחות הפאזה כפונקציה של זמן דופק וטמפרטורה מוצגת באיור 5, והשוואה בין תמונות SEM מהתצוגה העליונה של סרטים שנוצרו הן בשיטות FIRA והן בשיטות antisolvent נמצאות במידע משלים S1. דפוסי XRD עבור כל פולסים ספקטרום ספיגה המתאים נמצאים מידע משלים S2 ו S3. פולסים מ 0 עד 1.6 s נתן גבישים דמויי מחט או תחומים גבישיים קטנים מופרדים על ידי שלבים שאינם גבישיים, כפי שמעיד פסגות מבשר ב 2θ = 6.59, 7.22, ו 9.22 °29. עבור פולסים של 1.8 עד 3.8 שניות, נוצרו גרגרי גביש מוגדרים היטב, ודפוסי XRD הראו את היווצרות שלב ה- MAPbI3 tetragonal I4/mcm. זה גם אושר על ידי תחילת הספיגה של 780 ננומטר. עם זאת, זמני דופק ארוכים יותר הובילו להשפלה תרמית של הפרוביסקיט, עם השפלה מוחלטת לפולסים >5 s, כפי שמוצג על ידי האבולוציה של פסגת PbI2 2θ = 12.7°. הדופק אופטימיזציה נקבע להיות 2 s, נותן גרגרי גביש של ~ 30 מיקרומטר. לכן, FIRA מאפשר מחקר מקיף של תהליכי התגרען והתגבשות המבוססים על טמפרטורה, כפי שנשלט על ידי זמן הדופק. הפרמטרים יכולים גם להיות מגוונים וממוטבים לסרטים דקים שונים, המראים את הרבגוניות של שיטה זו.

Figure 3
איור 3: תמונות אופטיות של סרטי פרוביסקיט MAPbI 3 עלזכוכית FTO, מעוטרים בפולסים הנעים בין 0 s ל- 7 s. כל התמונות צולמו בהגדלה של פי 10 במצב שידור. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: ספקטרום XRD של סרטי MAPbI3 שקע בזמני דופק סלקטיביים. מטוסים מסומנים מייצגים את שלב I4/mcm הטטראגוני. פסגות כוכבית מייצגות עקיפות מ- PbI2, בעוד המלבן הכחול מייצג את אלה מפתרון המבשר. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: פרופיל טמפרטורה המציג התפתחות שלב פרוביסקיט כפונקציה של אורך הדופק. גבול השלבים השונים נקבע מניתוח XRD המתאים, המוצג באיור 4. הותאם מ15. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

התקני פרוביסקיט FCG
איור 6A,B מציג את פרופיל הטמפרטורה ואת תבנית ה- XRD של שכבת Mesoscopic-TiO2 עם מחזור FIRA של 10 פולסים, 15 שניות ו- 45 שניות כבויות. עם FIRA, טמפרטורות של ~ 600 מעלות צלזיוס ניתן להגיע ואת שכבת TiO2 ניתן לסנתז רק 10 דקות, הרבה יותר קצר מאשר השיטה המקובלת הדורשת sintering עבור 1 שעה עד 3 שעות, לשיא של 450 מעלות צלזיוס. הסרט שנוצר לא מראה הבדל ניכר לזה שהתנפל על צלחת חמה. כתוצאה מכך, כל התא הסולארי פרוביסקיט יכול להיות מעובד בתוך פחות משעה. תמונת ה-SEM החתך (איור 6C) מראה כי ההתקנים הבאים מפוברק דומים מאוד לאלה שנעשו בשיטות מסורתיות, עם שכבות של עובי ומורפולוגיה דומים. בנוסף, מכשירים מעובדים FIRA הראו ביצועים מצוינים (איור 7), כאשר מכשיר האלוף מציג PCE = 20.1%, FF = 75%, Voc = 1.1 V, ו- Jsc = 24.4 mA/cm2, דומה למכשירים מפוברקים בשיטת antisolvent. מכשיר שטח גדול עם שטח פעיל 1.4 ס"מ2 גם נתן PCE של 17%, מראה FIRA היא שיטת עיבוד חלופי מבטיח לייצור PSCs.

Figure 6
איור 6: (A) פרופיל טמפרטורה של חישול TiO2 mesoporous ב FIRA, עם מחזור של 10 פולסים של 15 s על ו 45 s off. (B) דפוסי רנטגן עבור סרטי TiO2 annealed עם פלטה חמה ו- FIRA, ומצע FTO ריק כנקודת התייחסות. (ג)תמונות SEM חתוכות של ארכיטקטורות תאים סולריים פרוביסקיט, מעובד על ידי FIRA ו antisolvent. משוחזר באישורמ- 18. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: עקומת מתח זרם עבור התקני פרוביסקיט FCG אלופים. (A)שכבות מסופורוס-טיו2 ופרובסקיט של FIRA. (B)שטח גדול (1.4 ס"מ2)מכשיר עם FIRA-annealed mesoporous-TiO2 ושכבות פרוביסקיט. משוחזר באישורמ- 18. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

MAPbI3 סרטים על ITO-PET

איור 8 מציג תמונות אופטיות של סרטי MAPbI3 המומסים בפולסים הנעים בין 1 ל-2 שניות. בזמני דופק קצרים יותר, יש התגבשות לא שלמה, ואילו בזמני דופק >1.7 s, מצע PET מתחיל להינמס (ראה איור משלים 4). השפלה תרמית של פרוביסקיט נצפתה גם עבור הדופק 2 s. בזמן הדופק אופטימיזציה של 1.7 s, תחומי גביש צפופים של ~ 15 מיקרומטר נצפו. אמנם יש חורי סיכה קטנים של 1-2 מיקרומטר, ברור כי FIRA ניתן להשתמש כדי ליצור סרטי פרוביסקיט קומפקטיים ואחידים על פולימרים גמישים מבלי להמיס את המצע, בשל קירור מהיר מהמקרה, המהווה יתרון משמעותי בהשוואה חישול כיריים.

Figure 8
איור 8: תמונות אופטיות של סרטי MAPbI3 שנחשלו בזמני דופק שונים ב-ITO-PET. כל התמונות נלקחות במצב שידור והגדלה של 10x, אלא אם צוין אחרת. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור משלים 1: השוואת SEM בתצוגה עליונה של FIRA וסרטי פרוביסקיט עם לוחית חמה. (A)תצוגה עליונה של סרטי פרוביסקיט פירא-annealed במשך ארבע פעמים חישול, סרגל קנה מידה: 25 מיקרומטר.(B)תצוגה עליונה של סרט התייחסות שנעשו על ידי שיטת antisolvent ואחריו חישול ב 100 °C (60 °F) עבור 1 שעות על פלטה סטנדרטית, סרגל קנה מידה: 1 מיקרומטר. מותאם מ1. אנא לחץ כאן כדי להוריד נתון זה.

איור משלים 2: ספקטרום XRD של MAPbI 3 סרטים עלזכוכית FTO, מעוקל בפולסים של (A) 0-1.4 s (B)1.6-3 s (C) 3.2–4.6 s (D) 4.8-7 s. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הנתון הזה.

איור 3: ספקטרום ספיגה של סרטי MAPbI 3 עלזכוכית FTO, מעוטר בפולסים של (A) 0.2-1.8 שניות (B) 2-3.6 שניות (C) 3.8-7 s. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הנתון הזה.

איור משלים 4: מראה פיזי של סרטי MAPbI3 על PET באורכים שונים של הדופק. אנא לחץ כאן כדי להוריד נתון זה.

איור משלים 5: פרופיל טמפרטורה ותמונות SEM בתצוגה עליונה של מצע הנייר הטהור, אלקטרודה ITO ושכבת mesoporous-TiO2 המעובדת עם FIRA. אנא לחץ כאן כדי להוריד נתון זה.

איור משלים 6: תמונת SEM חתך של פרוביסקיט שהופקדה (בשיטת antisolvent) בערימת ITO/TiO 2 בעלת עיקור FIRA עלמצע נייר. ITO np = חלקיקי ITO, pvk = פרוביסקיט. אנא לחץ כאן כדי להוריד נתון זה.

Discussion

איור 9 מציג את התהליך הכללי של חישול סרט פרוביסקיט עם FIRA.

Figure 9
איור 9: ייצוג סכמטי של עיבוד סרט פרוביסקיט עם FIRA. הסרט הרטוב מופקד מהפתרון על ידי ציפוי ספין ולאחר מכן מועבר לתנור FIRA לחישול ב ~ 2 s, נותן את השלב השחור פרוביסקיט יציב. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

בתהליך התגבשות של סרט דק מהפתרון, הצורה הסופית הרצויה תהיה תלויה ביישום: סרטים במכשירי אנרגיה עבור פוטוקטליזה, אלקטרודות סוללה, ותאים סולריים יכולים להיות מורפוגות שונות30,31,32,33. לכן, זיהוי הפרמטרים האופטימליים עבור כל מצע וממשק סרט רטוב הוא שלב קריטי בפרוטוקול שיש לעקוב אחריו. בדרך כלל, עבור PSCs אנו מצפים לקבל סרטים מבריקים וחלקים על מנת למזער פגמים ולשפר את המאפיינים הפוטופיסיים כגון הובלת תשלום של ספקים לתת ריק רקומבינציה לאהקרנתית 34,35,36. לעיבוד סרט דק, הפרמטרים העיקריים הם זמן הדופק, מספר הפולסים וטמפרטורת ההקרנה, שהם איזון בין יצירת המורפולוגיה הרצויה לבין היותם מהירים וחסכונים באנרגיה ככל האפשר. אנרגיה לא מספקת תוביל לאידוי ממס לא שלם או להתגבשות, בעוד שאנרגיה עודפת תוביל להשפלת החומר. לכן, חיוני לשנות באופן שיטתי את הפרמטרים של חישול ולנתח את איכות הסרט המתקבלת (כמפורט בסעיפים 2.2, 2.3 ו- 3.7) כדי למצוא את הפרמטרים האופטימליים עבור כל שילוב סרט/מצע דק. ברגע שזה יושלם, סרטים דקים יכולים להיות מסונתזים במהירות ובאמינות. השיטה מסתמכת על הדיוק שלה, למשל, זמן הדופק המינימלי הוא 20 ms, המאפשר אחד לשלוט דק יחס הטמפרטורה לצמיחה גביש. חוץ מזה, אפשר לקבל חלון רחב לאופטימיזציה, בסיוע איסוף נתונים של תמונות ספקטרום ספיגה עבור סינון אופטי ומורפולוגי.

שיטת FIRA עדיין בפיתוח, וכפי ששמה מרמז, היא מבוססת כיום על הקרנת IR. עם זאת, הגרסה העדכנית ביותר של FIRA כוללת קרינת UV-A המופקת ממקור נפרד של מנורת מתכת-הליד. UV ו- IR יכולים לשמש עבור חישול פוטוני באורך גל משולב וריפוי, מתן פונקציונליות נוספת. לדוגמה, ריפוי מוליכים למחצה עם FIRA היא דרך פשוטה לשפר את יכולת ההיסחפות של מצעים. בנוסף, עבור גישה רב שכבתית בצמיחת גביש, חישול אורך גל סלקטיבי זה יכול להיות מותאם בהתאם לחומר, ואת הדופק ניתן לווסת בהתאם לצורה הרצויה16,32,37. החקירות הנוכחיות כוללות חישול של אלקטרודה ITO ושכבת mesoscopic-TiO2 על הנייר (האחרון באמצעות חישול IR / UV מעורב, ראה איור משלים 5 במידע המשלים). כפי שמוצג באיור 6 המשלים, ניתן להפקיד בהצלחה סרט פרוביסקיט על מחסנית ITO/TiO2 בעלת תרשימים של FIRA. זה יכול להיות מיושם על מגוון רחב של מצעים וסרטים דקים בעתיד.

עד כה, שיטת FIRA מוגבלת לחישול של סרטים רטובים שניתן להפקיד באמצעות תהליכי פתרון. זה תלוי ביכולת של שיטת התצהיר, וזה נשלט על ידי הנדסת ממס וצמיחה רב שכבתית המבוססת על פתרונות עם קוטביות ממס מתקרבת. אופטימיזציה נדרשת גם עבור כל סרט דק שכן זוהי שיטה חדשנית ללא הרבה פרוטוקולים שדווחו בעבר בספרות, אשר עשוי להיות זמן רב. בנוסף, למרות FIRA יכול לשמש מצעים גמישים כגון PET ונייר כפי שיש קירור מהיר מהמקרה, מגע טוב בין המצע לתא התנור חייב להיות מובטחת כדי למנוע המסת מצע. זה עשוי להיות קשה מאז מצעים גמישים כפופים בקלות במהלך העיבוד, אבל זה עשוי להשתפר על ידי הצמדת המצעים על שקופית זכוכית דקה כדי להבטיח כי הם שטוחים לחלוטין כדי לאפשר קלות של מניפולציה. עם זאת, חשוב לציין כי ספיגת הסרט תשתנה ככל שהחומר יעבור מאי ספיגה (חומר מבשר פרוביסקיט רטוב שקוף) לייבוש (פרוביסקיט שחור סופג ניר) וספיגה נוספת זו יכולה לתרום לנזק המצע38.

למרות מגבלות אלה, FIRA עדיין מציג יתרונות רבים בהשוואה לשיטת antisolvent. ראשית, סרטים דקים יכולים להיות מסונתזים הרבה יותר מהר. לדוגמה, הפרוביסקיט נוצר ב- <2 s בעוד שכבת mesoporous-TiO2 נוצרת תוך 10 דקות בלבד, קצרה בהרבה מהשעות הנדרשות בשיטה הקונבנציונלית. חיסול ה-antisolvent ואת זמני חישול קצרים יותר גם אומר שיש עלות אנרגטית ופיננסית נמוכה בהרבה. הערכת מחזור החיים (איור 10) של תהליך הסינתזה של פרוביסקיט מראה כי FIRA מציגה רק 8% מההשפעה הסביבתית ו -2% מעלות הייצור של שיטת ההישוב. בנוסף, הוא תואם למצעים גמישים וגדולים. שטח כולל של 10 x 10 ס"מ2 ניתן להקרין בבת אחת, וזה כבר הוכח כי התקנים של 1.4 ס"מ2 שטח פעיל, כמו גם סרטים של 100 ס"מ2 ניתן לסנתז בדרך זו. לבסוף, הוא ניתן לשחזור, רב-תכליתי וניתן להתאמה לייצור מהיר של גליל-לגליל בתפוקה, שכן שלבי התצהיר והחישול מתבצעים ברציפות במקום אחד בתהליך מסונכרן וחלק.

Figure 10
איור 10: השוואה בין העלות היחסית וההשפעה הסביבתית של FIRA ושיטות אנטי ממס שנקבעו על ידי הערכת מחזור החיים. GWP = שינוי האקלים [ק"ג CO2 eq], POP = חמצון פוטוכימי [ק"ג C2H4 eq], AP = חומציות [ק"ג SO2 eq], CED = ביקוש מצטבר לאנרגיה [MJ], HTC = רעילות אנושית, השפעות סרטן [CTUh], HTNC = רעילות אנושית, השפעות שאינן סרטניות [CTUh], ET = מים מתוקים משוחזר באישור מ-12. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

החקירות הנוכחיות על FIRA מתמקדות באופטימיזציה לסינתזת סרטים דקים על מצעים גמישים כגון נייר ו- PET, כמו גם לסינתזה של שכבות רכיב מפתח אחרות של PSCs כגון השכבה הקומפקטית SnO2, או אלקטרודות פחמן ו- ITO. יתר על כן, השלב הבא הוא ליצור התקנים בעלי ביצועים גבוהים של >5 ס"מ2. לכן, ניתן לומר כי FIRA מייצג צעד לקראת דרך ידידותית לסביבה וחסכונית לייצור PSCs מסחריים בשטח גדול.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

הפרויקט (WASP) המוביל לפרסום זה, קיבל מימון מתוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת הסכם המענק מס' 825213.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4-tert-butylpyridine Sigma Aldrich 142379
Acetonitrile, anhydrous ACROS Organics AC610220010
Acetylacetone Sigma Aldrich P7754
Caesium iodide Sigma Aldrich 203033
Chlorobenzene, anhydrous ACROS Organics AC396971000
Digital source meter Metrohm PGSTAT302N Autolab
DMF, anhydrous ACROS Organics AC326871000
DMSO, anhydrous ACROS Organics AC326881000
Ethanol Sigma Aldrich 459844
FIRA Software Labview Developed in-house
FK209 Dyenamo DN-P04
Formamidinium iodide GreatCell Solar SKU MS150000
FTO glass Nippon Sheet Glass NSG 10 Sheet resistance = 11-13 ohms/sq
Guanidinium iodide Sigma Aldrich 806056
Cleaning Soap Hellmanex III -
Hydrochloric acid Sigma Aldrich 320331
Isopropanol Sigma Aldrich 190764
ITO PET Sigma Aldrich 639303 Sheet resistance = 60 ohms/sq
Lead iodide TCI L0279
Li-TFSI Sigma Aldrich 544094
Mesoporous TiO2 paste, 3 nrd GreatCell Solar SKU MS002300
Methylammonium iodide GreatCell Solar SKU MS1010000
Microscope Zeiss Axio-Scope A1 Polarizing Microscope
Microscope lens Zeiss EC Epiplan-Apochromat
Microscope xenon light source Ocean Optics HPX-2000
Optical fibre Ocean Optics QP230-2-XSR 230 μm core
Plasma cleaner Jetlight Company Inc. UVO-Cleaner Model no. 256-220
Polymer-planarised paper Arjowiggins Powercoat HD
Scanning electron microscope Zeiss Merlin Microscope
Sintering hot plate Harry Gestigkeit GMBH -
Solar simulator ABET Technologies Model 11016 Sun 2000
Spectrometer Ocean Optics Maya2000 Pro Spectral range: 300-1100 nm
Spiro-OMeTAD Sigma Aldrich 792071
Tetrabutyl ammonium iodide GreatCell Solar SKU MS106000
Thermal evaporator Kurt J. Lesker -
titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) Sigma Aldrich 325252
X-ray diffractometer PANanalytical Empyrean diffractometer (theta-theta, 240 mm) equipped with a PIXcel-1D detector, Bragg-Brentano beam optics and parallel beam optics
Zinc powder Sigma Aldrich 324930

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

מדעי הסביבה גיליון 168 פרוביסקיט תא סולארי IR חישול תרמי מהיר סרט דק עיבוד התגבשות
חישול אינפרא אדום פלאש עבור עיבוד תאים סולאריים פרוביסקיט
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ling, P. S. V., Hagfeldt, A.,… More

Ling, P. S. V., Hagfeldt, A., Sanchez, S. Flash Infrared Annealing for Perovskite Solar Cell Processing. J. Vis. Exp. (168), e61730, doi:10.3791/61730 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter