الخلايا الشمسية بيروفسكيت ( PSCs ) أصبح الاتجاه الرئيسي في الجيل القادم من التكنولوجيا الضوئية بسبب ارتفاع كفاءة التحويل الكهروضوئية النظرية ( 26.1 في المائة ) وانخفاض تكلفة التصنيع و تعديل فجوة ( 1.2 ~ 2.3 إف ) . بيروفسكيت امتصاص طبقة ( مثل mapbi ₃ ، fapbi ₃ ، CS ₀ ) . . أنا لا أَعْرفُ . أنا لا أَعْرفُ . أنا لا أَعْرفُ . أنا لا أَعْرفُ . أنا لا أَعْرفُ . PB ( I ₀ ) . برافو . كتلة ( crystallinity ، عيب الكثافة واجهة التخميل ) مباشرة يحدد الناقل كفاءة النقل واستقرار الجهاز . ​فلاش فيلم تشكيل جهاز ( بنك الاحتياطي الفيدرالي )من خلال التبخر السريع بيروفسكيت السلائف في درجة حرارة عالية ( مثل الرصاص ₂ ماي فاي ، وما إلى ذلك ) ، الفيلم الأولي هو مكثف على سطح الركيزة ، ثم تحويلها إلى مرحلة perovskite بعد الصلب أو في الموقع رد فعل . ومع ذلك ، فإن المكونات المعقدة ( polycationic / الهالوجين خليط ) ، حساسية العيوب ودينامية عدم الاتزان خصائص عملية فلاش جعل المعلمات عملية التحسين ومراقبة الجودة تواجه تحديات فريدة من نوعها .

واحدبيروفسكيت فلاش فيلم تشكيل جهازالبارامترات التكنولوجية الأساسية وتأثيرها على آلية

　　بيروفسكيت فلاش فيلم تشكيل جهازمن خلال مراقبة دقيقةمعدل التبخر ، درجة حرارة الركيزة ، والغلاف الجوي والبيئةمن خلال التحكم في كثافة التنوي ، اتجاه نمو الحبوب و مرحلة التحول من السلائف ، بيروفسكيت الأفلام مع ارتفاع crystallinity وانخفاض كثافة عيب تم الحصول عليها . وفيما يلي البارامترات الرئيسية وآلية عملها :

1 . معدل التبخر فيلم سمك التوحيد

​تعاريفكتلة من السلائف المودعة على سطح الركيزة في وحدة الزمن ( عادة في آلاند / ث أو نانومتر / ث ) يتحدد مصدر الطاقة ( درجة حرارة التدفئة المقاومة ) ، التبخر تصميم السفينة ( على سبيل المثال ، مساحة وشكل السفينة التنغستن ) ، فراغ الغرفة ( التي تؤثر على انتشار بخار المرحلة ) .

​أثرس

​انخفاض معدل( < 0.1 نانومتر / ث ) : السلائف الذرات / الجزيئات تنتشر على سطح الركيزة لفترة طويلة ، من السهل أن تشكل كلمة التنوي الحبوب الكبيرة ( ولكن قد يكون هناك المزيد من العيوب بسبب بطء التكثيف ) ؛

​سرعة عالية جدا( > 10 نانومتر / ث ) : ارتفاع التشبع في مرحلة الغاز ، مما أدى إلى كثافة التنوي الفوري ( > 10 ¹ / سم ² ) ، وتشكيل nanocrystalline المجاميع ( حجم الحبوب أقل من 10 نانومتر ) ، وزيادة نسبة الحدود الحبوب ( الناقل مركب مركز زيادة ) ، سماكة الفيلم غير موحدة ( الهامش و مركز الفرق > 20 ٪ ) ؛

​مجموعة الأمثلمعدل التبخر من 0.5 إلى 3 نانومتر / ث في المختبر ( PBI ₂ أو ماي عنصر واحد ) يجب أن تكون منسقة مع كل مصدر قيم النسب ( على سبيل المثال ، PBI ₂ : ماي = 1 : 1 نسبة المولي يجب تعديلها حسب ضغط البخار ) .

2 . درجة حرارة الركيزة شعرية مطابقة

​تعاريفدرجة الحرارة في الوقت الحقيقي ( عادة ما تكون درجة حرارة الغرفة ~ 150 درجة مئوية ) من الركيزة ( على سبيل المثال ، FTO الزجاج موصل ، تيو ̀ / ETL نقل الإلكترون طبقة ) .

​أثرس

​انخفاض درجة حرارة الركيزة( درجة حرارة الغرفة ~ 50 درجة مئوية ) : غير متبلور أو الجريزوفولفين السلائف الأفلام يمكن تشكيلها بسهولة بسبب ارتفاع معدل التكثيف ( درجة حرارة الغرفة ~ 50 درجة مئوية ) .

​ارتفاع في درجة الحرارة المتوسطة الركيزة( 80-120 ° C ) : تعزيز نشر وترتيب جزيئات السلائف على شكل شبه مستقر mesophase ( على سبيل المثال ، ثنائي الأبعاد فيلم PBI PBI ₂ ₂ أو ما قبل رد الفعل المتوسطة ) . بعد الصلب ، الطاقة النووية حاجز بيروفسكيت المرحلة انخفض ( حجم الحبوب زيادة 100-500 نانومتر ) و الحدود الحبوب عيب النقصان .

​ارتفاع درجة حرارة الركيزة( > 150 درجة مئوية ) : قد يؤدي تفكك السلائف ( على سبيل المثال ، ما ⁺ الحطام الناجم عن دي آميناسيون ماي ) أو رد فعل السطح البيني المفرط ( على سبيل المثال ، تعزيز التفاعل بين تيو ̀ بيروفسكيت في نقل الإلكترون طبقة ) .

3 - البيئة الجوية ( الغازات الخاملة / المتفاعلة )

​تعاريفنوع من الغازات الواقية ( ع ، ن ̀ ) و الضغط ( 1 ~ 100 باسكال ) في تجويف ، بعض الدراسات التي أجريت على إدخال كميات صغيرة من الغازات التفاعلية ( مثل o ̀ ، ch ₃ nh ̀ ) لتنظيم مرحلة التحول .

​أثرس

​جو خامل ( ع / ن ₂ ، 1 ~ 10 باسكال )تثبيط أكسدة السلائف ( على سبيل المثال ، أكسدة الرصاص إلى الرصاص من قبل o 2o ) ، ولكن انخفاض الضغط ( أقل من 1 باسكال ) يمكن أن يؤدي إلى سرعة انتشار مكونات الغاز و تفاوت كثافة التنوي .

​متوسطة الضغط العالي ( 10 ~ 50 باسكال )زيادة احتمال اصطدام بخار المرحلة ، وانخفاض معدل التكثيف ، وتعزيز نمو الحبوب أمر ( خشونة السطح من بيروفسكيت الفيلم انخفض ، رمس من 50 نانومتر إلى 10 ~ 20 نانومتر ) ؛

​تنظيم الاستجابةفي ماي التبخر ، كمية صغيرة من ch ₃ nh ₂ البخار ( أو نسبة iodimethylamine ينظمها المشارك تبخير مي مع كمية صغيرة من مرحبا ) يمكن أن تعزز في الموقع رد فعل بي ₂ ماي ( الحد من بقايا المرحلة المتوسطة ) ، وتحسين نقاء بيروفسكيت المرحلة .

4 - نسبة وتوقيت متعدد المصدر المشارك التبخر ( متعدد بيروفسكيت ) .

​تعاريففي حالة مختلطة الكاتيونات ( مثل فا ⁺ + خدمات العملاء ⁺ ) أو مختلطة الهالوجين ( مثل أنا ⁻ + ر ⁻ ) perovskite ، نسبة المولي ( مثل فا ₀ فا ₂ ، منظمة التضامن المسيحي الدولية ، pbbr ₂ ) يجب أن تسيطر عليها بدقة من خلال عدة مصادر التبخر ( على سبيل المثال ، فا ₂ ) . خدمات العملاء . ₁ PB ( I ₀ . برافو . ₁₅

​أثرس

​عدم الاتزان النسبيعلى سبيل المثال ، عندما ماي غير كافية ، غير متفاعل pbìبقايا ( حيود الأشعة السينية للكشف عن pbìالذروة ) ، مما أدى إلى photogenerated فخ الناقل ( nonradiative مركب مركز ) ؛ فا المرحلة الغنية ( انخفاض فجوة المنطقة ) قد تكون المشكلة في فاي الزائدة ، والتي سوف تؤثر على مستوى الطاقة مطابقة .

​توقيت السيطرةخطوة خطوة التبخر ( إيداع pbìطبقة ، ثم تغطية ماي طبقة ) يمكن تحسين التوجه الكريستال ( على سبيل المثال ( 110 ) يفضل النمو على سطح الكريستال ، عمودي على الركيزة ، تيسير النقل الأفقي الناقل ) ؛ كل مصدر الطاقة يجب أن تنظم بشكل متزامن للحفاظ على نسبة المولي مستقرة ( الانحراف < ± 2 في المائة ) .

المؤشرات الرئيسية وأساليب تقييم جودة الغشاء

نوعية بيروفسكيت الفيلم يحتاج إلى تقييم شامل من قبل المعلمات متعددة الأبعاد ، بما في ذلك أساسا :

1 . crystallinity و نقاء المرحلة

​يعني التمثيلحيود الأشعة السينية ( XRD ) - تحديد crystallinity ( أصغر fwhm ، أكبر حجم الحبوب ، وارتفاع crystallinity ) من قمم مميزة ( مثل 12.6 ° الرصاص ، 14.1 ° / 28.4 ° بيروفسكيت ) . طيف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية مرئية ( الأشعة فوق البنفسجية فيز ) - حافة امتصاص الضوء القوي بيروفسكيت ( ~ 780-850nm ، اعتمادا على نسبة الهالوجين ) ؛ رامان الطيفي - تميز pbi ₂ ( ~ 120 سم ⁻ ¹ ) ، ما ⁺ ( 900-1000 سم ⁻ ¹ ) و perovskite ( 950-1050 سم ⁻ ¹ ) .

​الهدفذروة الحيود من بيروفسكيت المرحلة عالية القوة ( لا heteropoly الذروة ) ، حجم الحبوب > 200 نانومتر ( محسوبة من قبل شيرر الصيغة ) ، pbi ₂ بقايا أقل من 5 ٪ ( XRD الذروة إلى نسبة مساحة ) .

2 . المجهرية و هيكل الحبوب

​يعني التمثيل: مجهر مسح بالإلكترون ( SEM ) - مورفولوجيا سطح الفيلم ( الحبوب الاستمرارية ، عدد من الثقوب / الثقوب ) ، عبر قسم التشكل ( فيلم سمك التوحيد ، الهدف الانحراف أقل من 10 في المائة ) ؛ مجهر القوة الذرية ( فؤاد ) - خشونة السطح ( RMS < 20 نانومتر ، والتي يمكن أن تسهل بعد ترسب الإلكترون / ثقب طبقة النقل ؛ المجهر الإلكتروني النافذ ( تيم ) - الحبوب والتوجه حدود الحبوب عيب الكثافة .

​الهدف: حجم الحبوب موحدة ( 100-500 نانومتر ) ، لا واضح المسام أو الكراك ( نسبة التغطية > 95 ٪ ) ، واضحة الحدود الحبوب ولكن القليل من العيوب ( عالية الدقة تيم يظهر استمرار شعرية المشارب ) .

3 . عيب الكثافة الناقل الملكية

​يعني التمثيلتهمة الفضاء الحد الحالي ( مؤتمر القيادة المسيحية الجنوبية ) - قياس كثافة فخ الدول ( الهدف < 10 ⁵ / سم 3 ) ؛ ثابت / عابر الذرات ( رر ) و time-resolved مضان ( trpl ) - رر كثافة عالية ( أقل العيوب ، وضعف nonradiation التركيب ) ، trpl حياة طويلة ( > 100 م ، على النقيض من انخفاض كتلة الفيلم < 10 م ) . اختبار الموصلية -- الناقل التنقل ( > 10 ⁻ 3 سم ² / ت · ق ) .

​الهدفالعيوب : انخفاض كثافة ( الحد من الناقل إعادة التركيب ) ، طويلة عمر fluorescence ( تعكس نسبة عالية من الإشعاع إعادة التركيب ) ، وارتفاع التنقل ( تيسير استخراج الشحنة الكهربائية ) .

حالة نموذجية واستراتيجية عملية التحسين المعلمة

الحالة 1 : فلاش تشكيل mapbi بيروفسكيت

​المشكلة الأولىهناك كمية كبيرة من الرصاص ( 12.6 ° ذروة XRD ) في mapbi ₂ الأفلام التي أعدتها التقليدية فلاش التبخر ، حجم الحبوب الصغيرة ( أقل من 50 نانومتر ) ، كفاءة الجهاز هو فقط 12 ٪ ( أقل من 20 ٪ من طريقة طلاء الروتاري ) .

​خطوات التحسينس

​تعديل معدل التبخرمعدل التبخر من الرصاص ₂ انخفض من 5 نانومتر / ث إلى 2 نانومتر / ث ، مي انخفض إلى 1 نانومتر / ث ( 1 : 1 نسبة المولي ) في وقت واحد ، وانخفاض كثافة التنوي ( من 10 ¹ 3 / سم ² / 10 ¹ / سم ² ) ، وتعزيز نمو الحبوب .

​زيادة درجة حرارة الركيزةالركيزة ساخنة إلى 100 درجة مئوية ( درجة حرارة الغرفة ) لتسريع انتشار السلائف ، وتشكيل شبه مستقر pbi ₂ ماي mesophase ;

​مراقبة الغلاف الجويضغط الدائرة هو تعديل 20 با ع ( 5 باسكال الأصلي ) ، مما يقلل من معدل التكثيف في مرحلة الغاز البطيء ويقلل من المسام .

​بعد الصلببعد 30 دقيقة من الصلب في 150 درجة مئوية ( 10 دقائق من الصلب في 100 درجة مئوية ) ، بيروفسكيت المرحلة ( pbi ₂ بقايا اختفى ) و ذروة قوة بيروفسكيت ( 14.1 درجة ) في XRD بنسبة 3 مرات .

​نتيجةبعد التحسين ، حجم الحبوب من الأفلام تصل إلى 300-500 نانومتر ، مع تغطية أكثر من 98 ٪ ، كفاءة الجهاز إلى 18.5 في المائة ( المركبات العضوية المتطايرة = 1.05 الخامس ، لجنة التنسيق الإدارية = 22.1 ما / سم ² ، و = 80 في المائة ) .

القضية 2 : فا . خدمات العملاء . ₁ PB ( I ₀ . برافو . عنصر التحكم perovskite مختلطة

​تحديخليط من الهالوجين بيروفسكيت حساسة للغاية نسبة المكونات ( ر ⁻ المحتوى يؤثر على الفجوة الفرقة والاستقرار ) ، متعدد المصدر المشارك نسبة التبخر في فلاش من السهل أن تحيد عن قيمة التصميم .

​استراتيجية التحسينس

​التحكم متزامن متعدد مصدر التبخرنسبة مي إلى pbbr ₂ ( ر ⁻ / ( أنا ⁻ + ر ⁻ ) = 15 في المائة ) من خلال التحكم في درجة الحرارة بشكل مستقل pbi ₂ ، فاي ، منظمة التضامن المسيحي الدولية ، pbbr ₂ المبخر .

​في الوقت الحقيقي رصد ردود الفعلسمك الفيلم و الانكسار ( perovskite الانكسار ~ 2-3 ، pbi ₂ ~ 1.9 ) تم رصدها من قبل في الموقع ellipsometry البصرية ، ومعدل التبخر بشكل حيوي تعديلها .

​خطوة ترسبأولا ، PBI ₂ / pbbr ₂ طبقة مختلطة ( السيطرة على نسبة أنا ⁻ : ر ⁻ ) ، ثم تغطية فاي / منظمة التضامن المسيحي الدولية طبقة مختلطة ، وتعزيز موحد الموجبة المنشطات ( CS ⁺ دخول شعرية استقرت بيروفسكيت هيكل ، وقمع فصل المرحلة ) .

​نتيجةالنتائج التجريبية تبين أن الفجوة الفرقة مستقرة في 1.6 إف ( القيمة المستهدفة ) و كسرد يظهر أي مرحلة غير متجانسة ( مثل cspbbr ₃ أو فاي بقايا ) و كفاءة الاحتفاظ أكثر من 80 ٪ بعد 1000 ساعة من تشغيل الجهاز في 85 ° C الإضاءة .

رابعاً - التحديات والاتجاهات المستقبلية

على الرغم من أن فلاش تشكيل الأفلام تظهر مزايا سريعة وكبيرة الحجم ( يحتمل أن تكون متوافقة لفة إلى لفة عملية ) في إعداد perovskite الأفلام ، المشاكل الرئيسية التالية لا تزال بحاجة إلى حل :

​عدم التوازن في السيطرة على العمليات الحيويةارتفاع معدل التكثيف من فلاش التبخر يؤدي إلى تعقيد آلية التنوي والنمو ( من الصعب وصف النموذج النظري التقليدي ) .

​تجانس المكوناتالفصل بين مكونات مختلطة الكاتيونات / الهالوجين بيروفسكيت ( على سبيل المثال ، ر ⁻ إثراء المنطقة ) يؤدي بسهولة إلى الفجوة الفرقة المحلية الفرق .

​مساحة كبيرة من التوحيدالمعلمات الأمثل من مساحة صغيرة ( < 1 سم ) في المختبر قد تفشل على نطاق واسع ( > 10 × 10 سم ² ) الركيزة ( حافة تأثير كبير ) .

​التعاون مع هندسة واجهةخشونة السطح أو الإجهاد المتبقية من فيلم فلاش قد تؤثر على الاتصال من نقل الإلكترون طبقة ( على سبيل المثال ، سنو ₂ ) .

الاستنتاج

بيروفسكيت فلاش فيلم تشكيل جهاز قادر على إعداد عالية crystallinity وانخفاض كثافة عيب بيروفسكيت طبقة امتصاص الضوء من خلال التحكم بدقة في معدل التبخر ، درجة حرارة الركيزة ، والغلاف الجوي والبيئة متعددة المصدر المشارك التبخر المعلمات . في المستقبل ، جنبا إلى جنب مع تقنية التمثيل في الموقع و آلة التعلم الخوارزمية ( مزيج أمثل من المعلمات ) ، عملية فلاش من المتوقع أن كسر عنق الزجاجة التي تسيطر عليها إعداد مساحة كبيرة ، متعدد المكونات بيروفسكيت رقيقة ، وتعزيز عملية التصنيع بيروفسكيت الضوئية التكنولوجيا .