このプロトコルは、薄膜ペロブスカイト太陽電池の処理にFIRA法を用いた鍵となる。このプロトコルの主な利点は、迅速なアニーリング時間、環境に優しい、および薄膜処理の再現性です。この方法は、薄膜ペロブスカイト太陽電池用に開発されました。
しかし、薄膜コーティングソフトや硬質材料に拡張することができます。アニーリングサイクルをプログラムするには、まずFIRAオーブンをコンピュータに接続し、PIDモードを選択します。テーブルが、アニーリングおよび冷却プロセスの合計時間よりも長い時間ベースで選択されていることを確認します。
ランプのオン/オフを切り替える時間を設定したら、[START テーブル] をクリックしてサイクルを実行します。メソポーラス二酸化チタン層スピンコートを4,000回転/分で1分あたり10秒で50マイクロリットルの二酸化チタン層を調製し、1分あたり1200回転の加速速度でガス入口エアバルブを開きます。摂氏550度で1200秒のアニーリングサイクルをプログラムし、基板をFIRAオーブンに入れます。
PIDモードでアニーリングプロセスを開始し、150~200ナノメートルの層を生成します。適切な時点で、焼鈍を停止するために[停止テーブル]をクリックし、オーブンの温度が摂氏25度に達したときにサンプルを取り除きます。ペロブスカイト層を調製するために、最初にフルパワーモードで1.6秒のアニーリングステップをプログラムし、基板上の40マイクロリットルのペロブスカイト溶液を10秒間毎分4,000回転でスピンコートし、基板をオーブンに移した。
次に、アニーリングプロセスを開始します。サイクルの終わりに、基板表面は黄色から黒に変わるはずです。取り外し前に冷却するためにさらに5秒間オーブンにサンプルを残します。
次に、温度プロファイルを右クリックして、txtまたはxlsxファイルとしてダウンロードします。薄膜を評価するために、キセノン光源を搭載した光学顕微鏡上の基板を画像化し、10Xおよび50Xの目的を無限に補正し、同時に設置され、分光器に接続された顕微鏡に統合された光ファイバーで吸収スペクトルを記録します。反溶媒を排除し、アニーリング時間を短縮することは、エネルギッシュで財政的なコストを大幅に削減します。
ペロブスカイト合成プロセスのライフサイクル評価は、FIRAが環境への影響の8%と抗溶媒法の製造コストの2%しか提示することを示しています。さらに、FIRAは、柔軟で広い面積の基板と互換性があります。X線回折解析では、様々な実験的特徴に基づいて観測された4つの異なるペロブスカイト相の境界が明らかになった。
もう一つの利点は、データ収集と材料スクリーニングです。例えば、10,15秒のFIRAサイクルでアニールされたメソスコス的二酸化チタン層の温度プロファイルおよびX線回折パターンは、45秒間オフパルスが観察できる。FIRAオーブンは約500°Cに達することができ、二酸化チタン層を従来の方法よりもはるかに短く、わずか10分で中心にすることができます。
得られたフィルムの走査型電子顕微鏡イメージングは、製造されたデバイスが、同様の厚さと形態の層を有する従来の方法を介して作られたものと類似していることを示している。FIRAプロセスデバイスは、パワー変換効率、充填因子、開放電圧、およびアンチソルベント法で製造されたデバイスと同様の短絡写真電流を示すチャンピオンデバイスで優れた性能を発揮し、FIRAがペロブスカイト太陽電池の有望な代替処理方法であることを実証しています。FIRA法はペロブスカイト太陽電池処理のための強力な技術であり、データ収集および材料スクリーニングのためのユニークな機会を提供します。
