Flash Infrared Annealing for Perovskite Solar Cell Processing

Pui  Sha Victoria Ling; Anders Hagfeldt; Sandy Sanchez

doi:10.3791/61730

JoVE Journal > Environment

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Environment

Perovskit Güneş Pili İşleme için Flaş Kızılötesi Tavlama

Published: February 03, 2021

doi:

10.3791/61730

Pui Sha Victoria Ling^1,2, Anders Hagfeldt², Sandy Sanchez²

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

Summary

Perovskit ve mezoskopik-TiO₂ filmlerinin sentezi için kullanılan bir flaş kızılötesi tavlama yöntemini tarif ediyoruz. Tavlama parametreleri çeşitlidir ve florlu kalay oksit (FTO) cam ve indiyum kalay oksit kaplı polietilen tereftalat (ITO PET) üzerinde işlenmek üzere optimize edilmiştir ve daha sonra cihazlara güç dönüştürme verimliliği sağlar >% 20.

Abstract

Organik-inorganik perovskitler, yeni nesil güneş pillerinin tasarımı için etkileyici bir potansiyele sahiptir ve şu anda ölçek büyütmek ve ticarileştirme için düşünülmektedir. Şu anda, perovskit güneş pilleri, geniş alanlar için ne pratik ne de çevre dostu olan spin kaplamaya güveniyor. Gerçekten de, perovskit kristalizasyonunu teşvik etmek için geleneksel ve en etkili laboratuvar ölçeği yöntemlerinden biri olan antisolvent yöntemi, daha büyük yüzeylere uygulanması zor bir miktarda toksik çözücü gerektirir. Bu sorunu çözmek için, son derece kristal perovskit filmler üretmek için flaş kızılötesi tavlama (FIRA) adı verilen antisolvent içermeyen ve hızlı bir termal tavlama işlemi kullanılabilir. FIRA fırını, 3.000 kW / m²aydınlatma gücüne sahip bir dizi kızılötesi halojen lambadan oluşur. İçi boş bir alüminyum gövde, etkili bir su soğutma sistemi sağlar. FIRA yöntemi, perovskit filmlerinin 2 s’den daha kısa bir sürede sentezlenmesine izin vererek verimlilik elde eder .% 20. FIRA, sürekli işlemeye uyarlanabildiği, çözümsüz olduğu ve uzun, bir saatlik tavlama adımları gerektirmediği için endüstri için benzersiz bir potansiyele sahiptir.

Introduction

2009 yılındaki başlangıcından bu yana, kurşun halide perovskitlere dayanan güneş pilleri, güç dönüşüm verimliliklerinin (PCE) on yıldan biraz fazla bir sürede% 3,8’den%^1’e% 25,2’ye yükselerek benzeri görülmemiş bir büyüme göstermiştir. Son zamanlarda, polietilen tereftalat (PET) gibi esnek substratlarda perovskit güneş pillerinin (PSC’ ler) geliştirilmesine de ilgi vardır, çünkü hafif, ucuz, rulodan ruloya üretime uygulanabilir ve esnek elektronik³^,^4’egüç sağlamak için kullanılabilirler. Son on yılda, esnek PSC’lerin PCE’si% 2.62’den% 19.1’e önemli ölçüde gelişti⁵.

PSC’ler için mevcut işleme yöntemlerinin çoğu perovskit öncül çözeltisinin birikmesini, çekirdeklenmeyi teşvik etmek için klorobenzen gibi bir antisolvent (AS) eklenmesini ve son olarak çözücüyü buharlaştırmak ve perovskitin istenen morfolojide kristalizasyonunu teşvik etmek için termal tavlamayı içerir⁶,⁷^,⁸^,⁹. Bu yöntem, tipik olarak geri kazanılmayan, geniş alanlı yüzeylere uygulanması zor ve her zaman tekrarlanabilir olmayan orta miktarda organik çözücü (2 x 2 cm substrat başına ~ 100 μL) gerektirir. Ek olarak, perovskit tabakası 120 dakikaya kadar >100 °C’de tavlama gerektirirken, mezoporöz-TiO₂ elektron taşıma katmanı en az 30 dakika boyunca 450 °C’de sinterleme gerektirir, bu sadece PSC’lerin nihai olarak ölçeklenebilmesinde büyük bir elektronik maliyete ve potansiyel bir darboğaza yol açmakla kalmaz, aynı zamanda tipik olarak 250 ° C 10 , 11^,¹²≥ ısıtmayı sürdüremeyen esnek substratlarla dauyumsuzdur. Bu nedenle, alternatif üretim yöntemleri bu teknolojiyi ticarileştirmek için bulunmalıdır³^,¹³^,¹⁴.

Flash kızılötesi tavlama, ilk olarak 2015 yılında bildirilen¹¹, bir antisolvent ihtiyacını ortadan kaldırır ve esnek yüzeylerle uyumlu kompakt ve kusura dayanıklı perovskit ve metal oksit ince filmlerin sentezi için düşük maliyetli, çevre dostu ve hızlı bir yöntemdir. Bu yöntemde, taze spin kaplı perovskit filmleri IR’ye yakın radyasyona maruz kalır (700-2.500 nm, 1.073 nm’de zirve). Hem TiO₂ hem de perovskit bu bölgede düşük emiciliğe sahipken, FTO güçlü bir NIR emicidir ve hızla ısınır, çözücüyü buharlaştırır ve aktif malzemeyi dolaylı olarak tavlar¹¹^,¹⁵. Kısa bir 2 s darbe FTO substratını 480 ° C’ye ısıtabilirken, perovskit ~ 70 ° C’de kalır ve çözücünün dikey buharlaşmasını ve kristallerin substrat boyunca yanal büyümesini teşvik eder. Isı, harici kasadan soğutma yoluyla hızla dağılır ve saniyeler içinde oda sıcaklığına ulaşılır.

Çekirdeklenme ve kristalleşme süreçleri ve dolayısıyla filmin son morfolojisi, nabız uzunluğu, frekans ve yoğunluk gibi FIRA parametreleri ile değiştirilebilir ve çok daha tekrarlanabilir ve kontrol edilebilir bir kristal büyümesine izin verir¹⁶. Zaman sınırlı çekirdeklenme varsayarsak, darbe uzunluğu çekirdek yoğunluğunu belirlerken, darbe yoğunluğu kristalizasyon için sağlanan enerjiyi belirler. Yetersiz enerji eksik solvent buharlaşmasına veya kristalleşmeye neden olurken, fazla enerji perovskitin termal bozulmasına neden olur¹⁵. Bu faktörlerin optimizasyonu, bu nedenle, son cihazın optoelektronik özelliklerini etkileyebilecek homojen bir perovskit filminin oluşumu için önemlidir.

AS yöntemine kıyasla, FIRA daha yavaş bir çekirdeğe ve daha hızlı kristal büyümesine sahiptir, bu da daha büyük kristal alanlara yol açan (FIRA için ~ 40 μm ve AS için ~ 200 nm)¹⁶. Düşük çekirdeklenme oranı, daha düşük bir aşırı doyma veya darbe süresine göre kontrol edilen sınırlı bir çekirdeklenme aşamasından kaynaklanabilir¹⁵. Bununla birlikte, tane boyutundaki fark yük taşıyıcı hareketliliğini ve ömrünü etkilemez (as için hareketlilik ~15 cm²/ Vs ve FIRA için ~ 19 cm²/ Vs)¹⁷ ve X-ışını kırınımı (XRD) ve fotolüminesans (PL)¹²ile ölçülen benzer yapısal ve optik özelliklere sahip filmler verir. Aslında, raporlar tahıl sınırlarında bastırılmış perovskit bozulması nedeniyle daha büyük tahıl boyutlarının elverişli olduğunu göstermektedir⁴. Kompakt, kusura dayanıklı ve son derece kristal perovskit filmler her iki yöntemle de oluşturulabilir ve >% 20 PCE¹⁸ile cihazlar verir.

Ek olarak, antisolvent’in ortadan kaldırılması ve tavlama süresinin saatlerden saniyelere düşürülmesi onu çok daha uygun maliyetli ve çevre dostu hale getirir. Bu yöntemle, enerji yoğun sinterleme adımını (30 dakika için 450 °C’de, toplamda 1-3 saat) sadece 10 dk¹⁶^,18’e düşüren kristal bir mezoskopik-TiO₂ tabakası da üretilebilir. TiO₂ saniye kadar kısa tavlama süreleri de daha önce bu yöntemin varyasyonları kullanılarak bildirilmiştir¹⁹^,²⁰^,²¹^,²². Sonuç olarak, bütün bir PSC bir saatten daha kısa bir sürede üretilebilir¹⁸. Bu yöntem, hızlı ve senkronize aktarım hızı üretimi için geniş alan biriktirme ve rulodan ruloya işlemeye uyarlanabildiğinden endüstriyel ölçeklendirme ve ticarileştirme ile de uyumludur¹⁵. Ayrıca, su soğutma sistemi hızlı ısı dağılımına izin vererek PET gibi esnek yüzeylerdeki cihazların imalatı için uygun hale getirir.

FIRA, basit bir çözelti işlemiyle biriktirilebilen ve 1.000 °C’ye kadar farklı sıcaklıklarda kristalize edilebilen herhangi bir ıslak, ince film için kullanılabilir. Parametreler, istenen morfolojideki kristallerin oluşması için optimize edilebilir. Örneğin, cam ve PET^{12 , 15}^,¹⁸üzerindeki çeşitli perovskit bileşimlerinin ve cam üzerindeki mezoskopik-TiO₂ katmanının sentezi için kullanılmıştır ve >% 20 PCE¹⁸cihazları verir. Ayrıca, fırın ve substrat yüzey sıcaklıkları kristalizasyon işleminin sıcaklık profilini vermek için ölçüldüğünden, sıcaklığa karşı faz evriminin incelenmesine izin verir¹⁶^,¹⁷.

Bu makalede öncelikle, aynı anda sıcaklık/nabız zamanına karşı perovskit morfolojisi evrimi hakkında fikir sunan kompakt, kusura dayanıklı ve homojen perovskit (MAPbI₃₎filmini sentezlemek için tavlama parametrelerinin optimizasyonu için kullanılan protokol ele alınmaktadır. İkinci olarak, perovskit güneş hücrelerinin FIRA tavlanmış mezoskopik-TiO₂ ve perovskit katmanları ile işlenmesi için bir protokol tartışılmaktadır. Bu çalışma için formamidinyum (%80), sezyum (%15) ve guanidinyum (%5) bazlı perovskit bileşimi cations kullanıldı (burada FCG olarak belirtilen) ve tetrabutil amonyum iyodür (TBAI) tedavi sonrası gerçekleştirildi. Bu nedenle, bu makale FIRA yönteminin çok yönlülüğünü, geleneksel antisolvent yöntemine göre avantajlarını ve perovskit güneş hücrelerinin nihai ticarileştirilmesinde uygulanma potansiyelini göstermeyi amaçlamaktadır²⁰^,²¹^,²².

Bu protokol 4 bölüme ayrılmıştır: 1) FIRA fırınının çalışmasının genel tanımı 2) FTO cam üzerinde bir MAPbI₃ perovskit filminin optimizasyonu ve sentezi için süreç 3) FCG perovskit güneş pillerinin işlenmesi ve 4) ITO-PET üzerinde MAPbI₃ filmlerinin sentezi.

Protocol

1. FIRA Fırınının Çalışması NOT: Şirket içinde geliştirilen FIRA fırınının şeması Şekil 1A’da gösterilmiştir. FIRA fırını, 3.000 kW/m2 aydınlatma gücüne ve toplam 9.600 kW çıkış gücüne sahip altı adet kızılötesi halojen lambadan (1.073 nm dalga boyunda tepe emisyonu) oluşur. İçi boş bir alüminyum gövde etkili bir su soğutma sistemi sağlar ve buna karşılık hızlı termal enerji dağılımına (saniyeler içinde) izin verir. Bir azot torpido gözünde tutulur ve N2, tavlama sırasında hariç, hareketsiz bir atmosfer altında tutmak için sürekli olarak bir gaz girişi ile hazneden akar. O2, oksidasyonu teşvik etmek için metal oksit filmlerini tavlarken de tanıtılabilir. Şekil 1: (A) FIRA fırınının kesitini gösteren şematik. Fırın haznesi, kasadan akan su ile sürekli soğutulur ve N2 atmosferi altında tutulur. (B) FIRA fırınının resmi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: FIRA yazılımının arayüzü. Soldaki panel, ayarlanan noktayı (giriş programı), fırın sıcaklığını ve pirometre (substrat yüzey) sıcaklığını gösteren sıcaklık profilini gösterir. İstenen tavlama programı sağdaki masaya girilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Tavlama döngülerinin programlanması FIRA fırınını, şirket içi bir yazılımdaki kılavuz kullanıcı arayüzü (Şekil 2) aracılığıyla kontrol edilebilen bir bilgisayara bağlayın. Denemeye bağlı olarak, tam güç modunu veya PID (orantılı integral-türev) modunu seçin. Tam güç modunda, IR lambalar tamamen açık veya kapalıdır, pid modunda ise fırın yoğunluk modülasyonu ile belirli bir süre belirli bir sıcaklıkta tutulur. Tablo/El ile geçişinde Tablo’nun seçili olduğundan emin olun ve tavlama ve soğutma işlemlerinin toplam süresinden daha uzun bir zaman tabanı girin. Tam güç modu: Arayüzün sağındaki tabloda lambaların açık veya kapalı olması gereken zamanları girin. Bu şekilde, tek darbelerin yanı sıra tavlama döngüleri programlanabilir ve darbe uzunluğunun ve frekansının kontrol edilmesine izin verebilir. Bu, hızlı tavlanabilen filmler veya sürekli ısıtmayı tolere edemeyen yüzeyler için uygundur (örneğin, perovskit filmleri için ~1,5–2 s). PID modu: Fırının masaya ışınlanma süresini ve sıcaklığını girin. Geleneksel bir ocak çalışma prensibine benzer şekilde, ısıtma kaynağının yoğunluğu modüle edilebilir. Bu, genellikle daha uzun tavlama süreleri gerektiren filmler için uygundur (örneğin, TBAI için 100 °C’de 15 dk). Veri toplama: Arayüzün solunda görüntülenen sıcaklık profilini, profile sağ tıklayarak .txt veya elektronik tablo dosyası olarak indirin ve ardından Dosyayı Dışa Aktar’a tıklayın.NOT: Yazılım, elde edilen ana ham verilerin sıcaklık profili olduğu hem veri toplama hem de sistem kontrolü için kullanılır. Sıcaklık profilinde (Şekil 2), giriş programı “ayarlanan nokta” ile temsil edilir. Fırın sıcaklığı (K tipi termokupl ile ölçülür) ve substrat sıcaklığı (pirometre ile tahmin edilir) gerçek zamanlı olarak görüntülenir ve ince film kristalizasyon koşulları hakkında fikir verir. Termokuple de doğrudan IR radyasyona maruz kaldığı için fırın sıcaklığının doğrudan geleneksel sıcak plaka sıcaklıklarıyla ölçeklenmediğini lütfen unutmayın. Bunun yerine, farklı FIRA tavlama parametreleri arasında karşılaştırma için bir referans noktası görevi görür. Genel tavlama işlemi Öncülleri uygun bir çözüm süreci ile yatırın: spin-kaplama26, daldırma kaplama27veya doktor-blading28. Substratları FIRA fırın haznesine aktarın ve fırın kapağını kapatın. Gaz giriş vanasını kapatarak hazneye nitrojen akışının kapalı olduğundan emin olun. Bilgisayarda BAŞLAT tablosuna ve DURDUR tablosuna tıklayarak tavlamayı başlatın ve durdurun. Alternatif olarak, FIRA fırınını programı başlatmak ve durdurmak için de kullanılabilecek bir ayak pedalı ile bağlayın. Sonuç olarak, tavlama, kişinin ellerini torpido gözünden çıkarmadan gerçekleştirilebilir ve çok daha pürüzsüz ve senkronize bir işlem sağlar. Fırın sıcaklığı oda sıcaklığına ulaştığında, alt tabakaları fırın odasından çıkarın. 2. MAPbI3 FTO Cam üzerinde Perovskit Film Sentezi ve Optimizasyonu Perovskit Çözeltisi Hazırlama 1,9 M’lik bir çözelti elde etmek için metilammonyum iyodürü susuz DMF:DMSO 2:1 v/v’de çözün. Çözeltiye eşitlikçi miktarda PbI 2 ekleyin ve1,4 M metilammonyum kurşun iyodür öncüsü çözeltisi vermek için susuz DMF:DMSO 2:1 v/v ile seyreltin. Tamamen çözünene kadar 80 °C’de ısıtın ve oda sıcaklığına soğutun.NOT: Çözelti hazırlanır ve argon torpido gözünde saklanır. Protokol burada duraklatılabilir. Perovskit film sentezi 1,7 cm x 2,5 cm FTO kaplamalı cam yüzeyler kullanın. Alt tabakaları temizleme sabununda art arda sonikasyon yoluyla temizleyin (deiyonize H 2 O’da %2),aseton ve etanol her biri 15 dakika, sonra basınçlı hava ile kurulayın. UV/ozon altındaki substratları 15 dakika boyunca plazma temizleyicide tedavi edin. Bölüm 1.1’e göre istediğiniz tavlama programını girin. Toz ve diğer safsızlıkları gidermek için substrat yüzeyini azot tabancasıyla üfleyin. 10 s için 4.000 rpm’de perovskit öncüsünün 50 μL spin-coat’u, 2000 rpm·s-1ivmesi ile. Biriktirmeden hemen sonra, alt tabakayı istediğiniz gibi bir dizi darbe döneminde tavlama için FIRA fırınına aktarın (burada kullanılan 0-7 sn, optimize edilmiş darbe 2 s’dir). Yazılımda START tuşuna basarak veya ayak pedalına basarak girilen tavlama programını başlatın. 3D perovskit yapısının oluşumunu gösteren sarıdan siyaha bir renk değişimi gözlenmelidir. Fırın sıcaklığı 25 °C’ye ulaştığında substratı çıkarın. Tavlanmış filmleri kuru hava kutusunda saklayın.NOT: FIRA fırını ve spin-coater aynı azot torpido gözü kutusuna yerleştirilir, böylece çözelti biriktirme ve tavlama sorunsuz ve hareketsiz bir atmosfer altında gerçekleştirilebilir. Malzeme karakterizasyonu Xenon ışık kaynağı ve 10x ve 50x’lik sonsuz düzeltilmiş hedeflerle donatılmış polarize edici bir mikroskopta optik görüntüler yakalayın. Emicilik spektrumunu, mikroskop kurulumuna entegre edilmiş ve bir spektrometreye bağlı bir optik fiberle aynı anda kaydedin (spektral aralık 300-1.100 nm).NOT: Yukarıdaki karakterizasyon tavlamadan hemen sonra yapılabilir ve film kalitesinin hızlı bir şekilde taranmasını sağlar. Ölçümler ortam havası ve sıcaklığında alınır. Taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve X-ışını kırınımı gibi daha derinlemesine karakterizasyon daha sonra yapılabilir (bkz. bölüm 3.7). 3. FCG perovskit güneş pili işleme Substrat hazırlama ve temizleme FTO cam yüzeylerinin bir tarafını Zn tozu ve 4 M HCl ile kazıyın. Alt tabakaları 30 dakika boyunca temizleme sabununda (deiyonize H 2 O’da ilt) art arda sonikasyon yoluyla temizleyin ve 15 dakika boyunca izopropanol ve basınçlı hava ile kurutun. UV/ozon altında bir plazma temizleyicide 5 dakika boyunca tedavi edin. Kompakt TiO2 katmanı FTO cam substratları sinterleme sıcak plakası üzerinde 450 °C’ye ısıtın ve çözelti biriktirmeden önce 15 dakika boyunca bu sıcaklıkta tutun. Öncül çözeltiyi vermek için 9 mL EtOH’da 0,6 mL titanyum diisopropoksit bis (asetilosetonat) ve 0,4 mL asetiloseton seyreltin. Çözeltiyi sprey piroliz ile oksijenle 45 ° ‘de taşıyıcı gaz (0,5 bar) ve ~ 20 cm mesafe olarak saklayın. Her püskürtme döngüsü arasında 20 s aralık bırakın. Alt tabakaları 450 °C’de 5 dakika daha bekletin, ardından oda sıcaklığına soğutun. Bu,~30 nm’lik kompakt bir TiO 2 katmanı verir.NOT: Protokol burada duraklatılabilir. Bir sonraki adım hemen gerçekleştirilmezse, mezoporous-TiO2 tabakasının birikmesinden önce 30 dakika boyunca 450 ° C’de substratı yeniden sinterleyin. Mezoporous-TiO2 katmanı EtOH’daki TiO2 macunu (parçacık boyutu 30 nm) 75 mg/mL konsantrasyonda seyrelterek öncü bir çözelti yapın. Çözeltiyi tamamen çözünene kadar manyetik bir karıştırıcı çubukla karıştırın. Spin-coat 50 μL çözelti 10 s için 4.000 rpm’de, 2.000 rpm·s-1rampası ile. Yazılımdaki tabloda 10 darbe, 15 s açık ve 45 s kapalı bir tavlama döngüsü programla. Alt tabakaları FIRA fırınına yerleştirin ve Başlangıç Masası’na basarak veya ayak pedalına basarak yukarıdaki tavlama döngüsüyle tam güç modunda tavlama yapın. Bu 150-200 nm’lik bir tabaka verir. Fırın sıcaklığı 25 °C’ye ulaştığında numuneleri çıkarın.NOT: Tavlamaya başlamadan önce fırının oda sıcaklığında veya altında olduğundan emin olun. Yukarıdaki döngü ile tavlama sırasında fırın sıcaklığı ~600 °C’ye ulaşır. Perovskit katmanı Susuz DMF:DMSO 2:1 v/v’de formamidinyum iyodür (1,12 M), PbI 2 (1,4 M), CsI (0,21 M) ve GAI (0,07 M) çözeltisi yapın. Spin-coat 40 μL çözelti 10 s için 4.000 rpm’de. Yazılımda tam güç modunda 1,6 sn’lik bir tavlama adımı programla (bu ~ 90 ° C’ye ulaşır). Alt tabakayı FIRA fırınına aktarın ve Başlangıç Masası’na basarak veya ayak pedalına basarak tavlamaya başlayın. Yüzey sarıdan siyaha dönmelidir. Numuneleri çıkarmadan önce soğutma için 10 s daha fırında bekletin. Tetrabutil amonyum iyodür (TBAI) tedavi sonrası (isteğe bağlı) 1 mL izopropanolde 3 mg tetrabutil amonyum iyodür çözün. Çözeltiyi 20 s için 4.000 rpm’de döndürün. PID modunu kullanarak 15 dakika boyunca 100 °C’de bir tavlama adımı programla. Yukarıdaki programla alt tabakayı FIRA fırınına ve tavlaya aktarın. Bir sonraki adımdan önce 25 °C’ye kadar soğutun. Delik taşıma malzemesi ve üst elektrot Spiro-OMeTAD’yi klorobenzen (70 mM) içinde çözün ve 4-tert-butylpyridine (TBP), Lityum bis (trifluorometilsulphonyl)imide) ekleyin (Li-TFSI, Asetonitrilde 1,8 M) ve Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine)-kobalt(III) Tris(bis(trifluoromethylsulfonyl) imide) (FK209, Asetonitrilde 0,25 M) spiro-OMeTAD ile ilgili katkı maddelerinin azı dişi oranı 3,3, 0,5, ve sırasıyla TBP, Li-TFSI ve FK209 için 0.03. Çözümün 50 μL’sini dinamik spin kaplaması altında 20 s için 4.000 rpm’de biriktirin ve programın başlamasından sonra çözeltiyi 3 sn ekleyin. Kuru hava kutusunda bir gecede oksitlenerek bırakın. Vakum altında termal buharlaşma yoluyla 80 nm altın biriktirin. Elektrotları desenlamak için bir gölge maskesi kullanın. Fotovoltaik cihaz testi ve malzeme karakterizasyonu Ksenon ark lambası ve dijital kaynak ölçer ile donatılmış bir güneş simülatörü kullanarak fotovoltaik ölçümler alın. Cihazın aktif alanını siyah, yansıtıcı olmayan bir metal maske ile belirtin (burada kullanılan 0,1024 cm2). 1,5 G ışınlama altında 10 mV/s tarama hızında ters ve ileri sapma altında akım voltaj eğrilerini ölçün. Cu Kα radyasyonu ve Ni β filtresi kullanarak yansıma döndürme modunda bir difaraktometre ile X-ışını kırınım desenleri alın. Taramalı elektron mikroskop görüntülerini 3 kV hızlanma voltajı ile alın. 4. ITO-PET substratında MAPbI3 filmler ITO-PET ve mikroskop cam slaytlarını 1,7 cm x 2,5 cm parçalar halinde kesin. 2.2.2–2.2.3 adımlarına göre cam slaytları ve ITO-PET’i temizleyin. ITO substratlarını çift taraflı bantla cam slaytlara takarak mümkün olduğunca düz olduklarından emin olabilirsiniz. MAPbI3 öncüsünün bölümünün 2.1 bölümünde açıklandığı gibi hazırlayın. 2.2.5–2.2.8 adımlarına göre, 1.7 s darbe süresi ile çözeltiyi döndürmeden ve filmi FIRA ile tavlamadan önce substrat yüzeyini bir N 2 tabancasıyla üfleyin. Bölüm 2.3 ve 3.7’de açıklandığı gibi malzeme karakterizasyonu gerçekleştirin.

Representative Results

FTO cam üzerinde MAPbI3 filmlerinin optimizasyonu ve senteziPerovskit film kalitesini değerlendirmek için mikroskop görüntüleri, X-ışını kırınımı ve absorbans spektrumu alındı. Optimum darbe süresi, büyük kristal taneleri ile kompakt, düzgün ve iğne deliği içermeyen bir film vermelidir. Şekil 3, MAPbI3 filmlerinin 0 s ile 7 s arasında değişen darbe zamanlarında optik görüntülerini gösterirken, Şekil 4 seçici darbe zamanlarında tavlanmış filmlerin XRD spektrumunu göstermektedir. Bu nabız süreleri, gerçekleştirilen çeşitli karakterizasyonlara dayanarak gözlenen dört farklı perovskit fazının sınırlarını temsil eder. Darbe süresi ve sıcaklığının bir fonksiyonu olarak faz evrimi Şekil 5’tegösterilmiştir ve hem FIRA hem de antisolvent yöntemleriyle oluşturulan filmlerin üst görüş SEM görüntülerinin bir karşılaştırması ek bilgilerde S1’de bulunur. Tüm darbeler ve karşılık gelen absorbans spektrumları için XRD desenleri ek bilgi S2 ve S3’te bulunur. 0’dan 1,6 s’ye kadar olan darbeler, 2φ = 6,59, 7,22 ve 9,22° 29’daki öncü zirvelerin kanıtladığı gibi,kristal olmayan aşamalarla ayrılmış iğne benzeri kristaller veya küçük kristal etki alanları verdi. 1.8 ila 3.8 sn darbeler için iyi tanımlanmış kristal taneleri oluştu ve XRD desenleri MAPbI3 tetragonal I4/mcm fazının oluşumunu gösterdi. Bu aynı zamanda 780 nm’lik emilim başlangıcı ile de doğrulanır. Bununla birlikte, daha uzun darbe süreleri perovskitin termal bozulmasına yol açtı ve pbi 2 zirvesinin2φ = 12,7° seviyesindeki evrimi ile gösterildiği gibi, darbeler için tam bozulma ile >5 s. Optimize edilmiş darbe 2 s olarak belirlendi ve ~30 μm kristal taneleri verildi. Bu nedenle FIRA, nabız zamanı tarafından kontrol edilen, sıcaklığa dayalı çekirdeklenme ve kristalizasyon süreçlerinin kapsamlı bir çalışmasına izin verir. Parametreler ayrıca farklı ince filmler için değiştirilebilir ve optimize edilebilir ve bu yöntemin çok yönlülüğünü gösterir. Şekil 3: FTO cam üzerinde MAPbI3 perovskit filmlerinin optik görüntüleri, 0 s ile 7 s arasında değişen darbelerle tavlanmış. Tüm görüntüler iletim modunda 10x büyütmede çekildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 4: SEÇICI nabız zamanlarında tavlanmış MAPbI3 filmlerinin XRD spektrumları. Etiketli düzlemler tetragonal I4/mcm fazını temsil ediyor. Yıldızlı tepeler PbI2’denkırınımları temsil ederken, mavi dikdörtgen öncül çözümdekileri temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 5: Darbe uzunluğunun bir fonksiyonu olarak perovskit faz evrimini gösteren sıcaklık profili. Şekil 4’tegösterilen ilgili XRD analizinden farklı aşamaların sınırı belirlenmiştir. 15 ‘denuyarlanmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. FCG perovskit cihazlarıŞekil 6A,B, 10 darbe, 15 s açık ve 45 s kapalı FIRA döngüsü ile tavlanmış mezoskopik-TiO2 katmanının sıcaklık profilini ve XRD desenini göstermektedir. FIRA ile ~ 600 ° C sıcaklıklara ulaşılabilir ve TiO2 katmanı sadece 10 dakikada sentezlenebilir, 1 saat ila 3 saat sinterleme gerektiren geleneksel yöntemden çok daha kısa, 450 ° C’de zirve. Ortaya çıkan film, sıcak bir tabakta sinterlenmiş olanla belirgin bir fark göstermiyor. Sonuç olarak, tüm perovskit güneş hücresi bir saatten daha kısa bir sürede işlenebilir. Kesitsel SEM görüntüsü (Şekil 6C) imal edilen sonraki cihazların, benzer kalınlık ve morfoloji katmanlarına sahip geleneksel yöntemlerle yapılanlara çok benzediğini göstermektedir. Ek olarak, FIRA tarafından işlenen cihazlar mükemmel performans gösterdi (Şekil 7), şampiyon cihaz PCE = % 20.1, FF =% 75, Voc = 1.1 V ve Jsc = 24.4 mA / cm2, antisolvent yöntemiyle üretilen cihazlarla karşılaştırılabilir. 1,4 cm2 aktif alana sahip geniş alanlı bir cihaz da PCE’ye% 17 verdi ve FIRA’nın PSC’lerin üretimi için umut verici bir alternatif işleme yöntemi olduğunu gösterdi. Şekil 6: (A) FIRA’daki mezoporous TiO2 tavlamanın sıcaklık profili, 15 s açık ve 45 s kapalı 10 darbeli bir döngü ile. (B) TiO2 filmleri için X-ışını desenleri bir ocak ve FIRA ile tavlanmış ve referans olarak boş bir FTO substratı. (C) FIRA ve antisolvent tarafından işlenen perovskit güneş hücresi mimarilerinin kesitsel SEM görüntüleri. 18’denizin alınarak çoğaltıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 7: Şampiyon FCG perovskit cihazları için akım gerilimi eğrisi. (A) FIRA-tavlanmış mezoporous-TiO2 ve perovskit katmanları. (B) FIRA tavlanmış mezoporous-TiO2ve perovskit katmanlı geniş alan(1,4 cm 2) cihazı. 18’denizin alınarak çoğaltıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. MAPbI3 filmleri ITO-PET’te Şekil 8, 1 s ile 2 s arasında değişen darbelerde tavlanmış MAPbI3 filmlerinin optik görüntülerini göstermektedir. Daha kısa darbe sürelerinde eksik kristalleşme olurken, nabız zamanlarında >1.7 sn, PET alt tabakası erimeye başlar (bkz. Ek Şekil 4). Perovskitin termal bozulması da 2 s darbe için gözlenir. Optimize edilmiş darbe süresi 1.7 sn’de, ~15 μm’lik yoğun paketlenmiş kristal etki alanları gözlendi. 1-2 μm’lik küçük iğne delikleri olmasına rağmen, FIRA’nın, kasadan hızlı soğutma nedeniyle, plaka tavlasına kıyasla önemli bir avantaj olan, alt tabakayı eritmeden esnek polimerler üzerinde kompakt ve düzgün perovskit filmleri oluşturmak için kullanılabileceği açıktır. Şekil 8: MAPbI3 filmlerinin optik görüntüleri ITO-PET’te çeşitli nabız zamanlarında tavlanmıştır. Aksi belirtilmedikçe tüm görüntüler iletim modunda ve 10x büyütmede alınır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Ek Şekil 1: FIRA ve hotplate tavlanmış perovskit filmlerinin üst görüş SEM karşılaştırması. (A) Dört tavlama süresi için FIRA tavlanmış perovskit filmlerinin üst görünümü, ölçek çubuğu: 25 μm. (B) Antisolvent yöntemiyle yapılan bir referans filmin üst görünümü ve ardından standart bir ocakta 1 saat boyunca 100 ° C’de tavlama, ölçek çubuğu: 1 μm.1’denuyarlanmıştır. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız. Ek Şekil 2: FTO cam üzerinde MAPbI3 filmlerinin XRD spektrumları,(A) 0–1.4 sn (B) 1.6–3 s (C) 3.2–4.6 s (D) 4.8–7 sn darbeleri ile tavlanmış. Ek Şekil 3: FTO cam üzerinde MAPbI3 filmlerinin absorbans spektrumu,(A) 0.2–1.8 sn (B) 2–3.6 sn (C) 3.8–7 sn darbeleri ile tavlanmış. Ek Şekil 4: PET üzerinde çeşitli nabız uzunluklarında tavlanmış MAPbI3 filmlerinin fiziksel görünümü. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız. Ek Şekil 5: FIRA ile işlenmiş bozulmamış kağıt substratı, ITO elektrodu ve mezoporous-TiO 2 katmanının sıcaklık profili ve üst görüşSEM görüntüleri. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız. Ek Şekil 6: Bir kağıt substrat üzerinde FIRA tavlanmış ITO / TiO 2 yığını üzerinde (antisolvent yöntemiyle) biriken perovskitin kesitselSEM görüntüsü. ITO np = ITO nanopartiküller, pvk = perovskit. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.

Discussion

Şekil 9, FIRA ile perovskit film tavlamanın genel sürecini göstermektedir.

Şekil 9: FIRA ile perovskit film işlemenin şematik gösterimi. Islak film, spin kaplama ile çözeltiden biriktirilir ve daha sonra siyah perovskit kararlı fazı vererek ~2 s’de tavlama için FIRA fırınına aktarılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Çözeltiden ince bir filmin katılaşma sürecinde, istenen son şekil uygulamaya bağlı olacaktır: fotokataliz, pil elektrotları ve güneş pilleri için enerji cihazlarındaki filmler farklı morfolojilere sahip olabilir³⁰^,³¹^,³²^,³³. Bu nedenle, her bir substrat ve ıslak film arayüzü için en uygun parametreleri belirlemek, protokolde izlenecek kritik bir adımdır. Tipik olarak, PSC’ler için kusurları en aza indirmek ve taşıyıcıların ücret taşıması gibi fotofiziksel özellikleri geliştirmek için parlak ve pürüzsüz filmlere sahip olmayı bekliyoruz boş radyal olmayan rekombinasyon vermek için³⁴^,³⁵^,³⁶. İnce film işleme için ana parametreler, mümkün olduğunca hızlı ve enerji verimliyken istenen morfolojiyi oluşturmak arasında bir denge olan darbe süresi, darbe sayısı ve ışınlama sıcaklığıdır. Yetersiz enerji eksik çözücü buharlaşmasına veya kristalleşmeye, fazla enerji ise malzemenin bozulmasına yol açacaktır. Bu nedenle, her ince film/substrat kombinasyonu için en uygun parametreleri bulmak için tavlama parametrelerini sistematik olarak değiştirmek ve elde eden film kalitesini (bölüm 2.2, 2.3 ve 3.7’de ayrıntılı olarak belirtildiği gibi) analiz etmek çok önemlidir. Bu tamamlandığında, ince filmler hızlı ve güvenilir bir şekilde sentezlenebilir. Yöntem doğruluğuna dayanır, örneğin minimum darbe süresi 20 ms’dir ve kristal büyümesi için sıcaklık oranını ince bir şekilde kontrol etme olanağı sağlar. Ayrıca, optik ve morfolojik tarama için görüntülerin ve emilim spektrumlarının veri toplanmasıyla birlikte optimizasyon için geniş bir pencereye sahip olabilirsiniz.

FIRA yöntemi hala geliştiriliyor ve adından da anlaşılacağı gibi, şu anda IR ışınlaması üzerine kurulu. Bununla birlikte, FIRA’nın en son sürümü ayrı bir metal-halid lamba kaynağından üretilen UV-A radyasyonu içerir. UV ve IR, ek işlevsellik sağlayarak kombine dalga boyu fotonik tavlama ve kürleme için kullanılabilir. Örneğin, FIRA ile yarı iletken kürleme, substratların ıslanabilirliğini artırmanın basit bir yoludur. Ek olarak, kristal büyümesinde çok katmanlı bir yaklaşım için, bu seçici dalga boyu tavlama malzemeye bağlı olarak uyarlanabilir ve nabız istenen şekle bağlı olarak modüle edilebilir¹⁶^,³²^,³⁷. Mevcut araştırmalar arasında bir ITO elektrodunun tavlama ve kağıt üzerinde mezoskopik-TiO₂ katmanı bulunur (ikincisi karışık IR / UV tavlama kullanarak, ek bilgilerde Ek Şekil 5’e bakın). Ek Şekil 6’dagösterildiği gibi, bir perovskit filmi FIRA tavlanmış ITO/ TiO₂ yığınına başarıyla biriktirilebilir. Bu, gelecekte çok çeşitli substratlara ve ince filmlere uygulanabilir.

Şimdiye kadar FIRA yöntemi, çözelti süreçleriyle biriktirilebilen ıslak filmlerin tavlası ile sınırlıdır. Biriktirme yönteminin kapasitesine bağlıdır ve bu, yaklaşan solvent polaritelerine sahip çözümlere dayalı solvent mühendisliği ve çok katmanlı büyüme ile yönetilir. Her ince film için optimizasyon da gereklidir, çünkü bu, edebiyatta daha önce bildirilen ve zaman alıcı olabilecek birçok protokol içermeyen yeni bir yöntemdir. Ek olarak, FIRA pet ve kağıt gibi esnek substratlar için kullanılabilmesine rağmen, kasadan hızlı soğutma olduğu için, substrat erimesini önlemek için substrat ve fırın odası arasında iyi bir temas sağlanmalıdır. Esnek yüzeyler işleme sırasında kolayca bükülebileceğinden, bu, tamamen düz olduklarından emin olmak ve manipülasyon kolaylığı sağlamak için substratları ince bir cam kaydırağa takarak geliştirilebilir. Bununla birlikte, malzeme emici olmayandan (ıslak NIR şeffaf perovskit öncüsü malzeme) kurumaya (NIR emici siyah perovskit) geçerken filmin emiliminin değişeceğini ve bu ek emilimin substratın hasarına katkıda bulunabileceğini belirtmek önemlidir³⁸.

Bu sınırlamalara rağmen, FIRA hala antisolvent yöntemine kıyasla birçok avantaj sunmaktadır. İlk olarak, ince filmler çok daha hızlı sentezlenebilir. Örneğin, perovskit <2 s olarak oluşturulurken, mezoporous-TiO₂ katmanı geleneksel yöntemde gereken saatlerden çok daha kısa, sadece 10 dakikada oluşturulur. Antisolvent ve daha kısa tavlama sürelerinin ortadan kaldırılması da çok daha düşük enerjik ve finansal maliyet olduğu anlamına gelir. Perovskit sentez sürecinin yaşam döngüsü değerlendirmesi (Şekil 10), FIRA’nın çevresel etkinin sadece% 8’ini ve antisolvent yönteminin imalat maliyetinin% 2’sini sunduğunu göstermektedir. Ayrıca, esnek ve geniş alanlı yüzeylerle uyumludur. Toplam 10 x 10 cm^2’lik bir alan tek seferde ışınlanabilir ve 1.4 cm² aktif alanlı cihazların yanı sıra 100 cm^2’lik filmlerin bu şekilde sentezlenebildiği gösterilmiştir. Son olarak, biriktirme ve tavlama adımları senkronize ve sorunsuz bir işlemde sürekli olarak tek bir yerde gerçekleştirildiği için, son derece tekrarlanabilir, çok yönlü ve hızlı üretimden ruloya üretime uyarlanabilir.

Şekil 10: FIRA ve anti-solvent yöntemlerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi ile belirlenen göreceli maliyeti ve çevresel etkisinin karşılaştırılması. GWP = İklim değişikliği [kg CO₂ eq], POP = Fotokimyasal oksidasyon [kg C₂H₄ eq], AP = Asitleşme [kg SO₂ eq], CED = Kümülatif enerji talebi [MJ], HTC = İnsan Toksisitesi, kanser etkileri [CTUh], HTNC = İnsan Toksisitesi, kanser dışı etkiler [CTUh], ET = Tatlı su ekotoksisitesi [CTUe]. ^12’denizin alınarak yeniden üretildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

FIRA ile ilgili mevcut araştırmalar, kağıt ve PET gibi esnek yüzeylerde ince film sentezi için optimizasyonun yanı sıra SnO₂ kompakt katmanı veya karbon ve ITO elektrotları gibi PSC’lerin diğer önemli bileşen katmanlarının sentezi için odaklanmıştır. Ayrıca, bir sonraki adım >5 cm^2’likyüksek performanslı cihazlar imal etmektir. Bu nedenle, FIRA’nın geniş alanlı, ticari PSC’ler üretmenin çevre dostu ve uygun maliyetli bir yoluna doğru bir adımı temsil ettiği söylenebilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu yayına öncülük eden proje (WASP), 825213 sayılı hibe anlaşması kapsamında Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 Araştırma ve İnovasyon Programı’ndan fon almıştır.

Materials

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

References

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).
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)
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).
Feng, J., et al. Record efficiency stable flexible perovskite solar cell using effective additive assistant strategy. Advanced Materials. 30 (35), 1-9 (2018).
Cao, B., et al. Flexible quintuple cation perovskite solar cells with high efficiency. Journal of Materials Chemistry A. 7 (9), 4960-4970 (2019).
Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nature Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).
Park, N. G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
Zhou, H., et al. Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells. Science. 345 (6196), 542-546 (2014).
Jeon, N. J., et al. Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells. Nature. 517 (7535), 476-480 (2015).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
Sánchez, S., Jerónimo-Rendon, J., Saliba, M., Hagfeldt, A. Highly efficient and rapid manufactured perovskite solar cells via flash infraRed annealing. Materials Today. , (2020).
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).
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).
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).
Baker, J., et al. High throughput fabrication of mesoporous carbon perovskite solar cells. Journal of Materials Chemistry A. 5 (35), 18643-18650 (2017).
Berhe, T. A., et al. Organometal halide perovskite solar cells: degradation and stability. Energy & Environmental Sciences. 9 (2), 323-356 (2016).
Jung, H. S., Park, N. G. Perovskite solar cells: from materials to devices. Small. 11 (1), 10-25 (2015).
Burschka, J., et al. Sequential Deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).
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).
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).
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).
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).
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).
Hoppe, H., Sariciftci, N. S. Morphology of polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells. Journal of Materials Chemistry. 16 (1), 45-61 (2006).
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).
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).
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).
Jiang, Q., et al. Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells. Nature Photonics. 13 (7), 460-466 (2019).
Yang, W. S., et al. Iodide Management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers for efficient solar cells. Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).
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).
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).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

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).

Automatically Generated