Ce protocole est essentiel pour l’utilisation de la méthode FIRA pour le traitement des cellules solaires perovskite à couches minces. Le principal avantage de ce protocole sont le temps d’annealage rapide, l’éco-convivialité, et la reproductibilité du traitement des couches minces. Cette méthode a été développée pour les cellules solaires perovskite à couches minces.
Cependant, il peut être étendu pour les matériaux mous et durs de revêtement à couches minces. Pour programmer le cycle d’annealing, connectez d’abord le four FIRA à un ordinateur et sélectionnez le mode PID. Confirmez que le tableau est sélectionné avec une base de temps supérieure à la durée totale des processus d’annealage et de refroidissement.
Après avoir mis en place les heures auxquelles les lampes doivent être allumées et éteintes, cliquez sur la table START pour exécuter le cycle. Pour préparer une couche de dioxyde de titane mésoporous spin-coat 50 microlitres d’une solution mésoporous de dioxyde de titane à 4000 révolutions par minute pendant 10 secondes avec une vitesse d’accélération de 1200 révolutions par minute, puis ouvrir la valve d’air de l’entrée de gaz. Programmez un cycle d’annealage de 1200 secondes à 550 degrés Celsius et placez les substrats dans le four FIRA.
Démarrez le processus d’annealage en mode MIP pour donner une couche de 150 à 200 nanomètres. Au moment opportun, cliquez sur la table STOP pour arrêter l’annealage, puis retirez les échantillons lorsque la température du four atteint 25 degrés Celsius. Pour préparer une couche de perovskite, programmez d’abord une étape d’annealage de 1,6 seconde en mode pleine puissance, enduire 40 microlitres de solution perovskite sur le substrat à 4000 tours par minute pendant 10 secondes et transférer le substrat au four.
Ensuite, commencer le processus d’annealing. À la fin du cycle, la surface du substrat doit passer du jaune au noir. Laissez les échantillons au four pendant cinq secondes supplémentaires pour le refroidissement avant l’enlèvement.
Cliquez ensuite à droite sur le profil de température pour le télécharger sous forme de fichier txt ou xlsx. Pour évaluer le film mince, imagez le substrat sur un microscope optique équipé d’une source lumineuse de xénon et d’objectifs infiniment corrigés de 10X et 50X et enregistrez simultanément les spectres absorbants avec une fibre optique intégrée au microscope mis en place et reliée à un spectromètre. L’élimination de l’antisolvant et la réduction des temps d’annealing réduisent considérablement les coûts énergétiques et financiers.
L’évaluation du cycle de vie du processus de synthèse du perovskite montre que la FIRA ne présente que 8 % de l’impact environnemental et 2 % du coût de fabrication de la méthode antisolvante. De plus, la FIRA est compatible avec des substrats flexibles et de grande surface. L’analyse de diffraction aux rayons X a révélé les limites des quatre phases distinctes de perovskite observées sur la base de diverses caractérisations expérimentales.
Un autre avantage est la collecte de données et le criblage des matériaux. Par exemple, le profil de température et le modèle de diffraction des rayons X pour une couche mésoscopique de dioxyde de titane annelé avec un cycle FIRA de 10, 15 secondes plus tard, 45 secondes hors impulsions peuvent être observés. Le four FIRA peut atteindre environ 500 degrés Celsius permettant à la couche de dioxyde de titane d’être centrée en seulement 10 minutes, beaucoup plus courte qu’avec les méthodes conventionnelles.
La numérisation de l’imagerie au microscope électronique du film qui en résulte montre que les dispositifs fabriqués sont similaires à ceux fabriqués par des méthodes traditionnelles avec des couches d’épaisseur et de morphologie similaires. Les dispositifs de processus FIRA démontrent une excellente performance, avec l’appareil champion montrant l’efficacité de conversion de puissance, les facteurs de remplissage, les tensions de circuit ouvert, et les courants de photo de court-circuit semblables aux dispositifs fabriqués avec la méthode antisolvante, démontrant que FIRA est une méthode alternative prometteuse de traitement pour des cellules solaires perovskite. La méthode FIRA est une technique puissante pour le traitement des cellules solaires perovskite et nous offre une occasion unique pour la collecte de données et le criblage des matériaux.
