Perovskite is racing to be the next commercially available top-performing photoactive material in solar applications: with its quickly improving efficiencies, defect tolerance, long lifetime of the photogenerated charges and low binding energy for excitons, it is now the most investigated solution for solar cells. However, in order to propel commercialization of perovskite a number of issues need to be addressed: among these, processing times and methods are being optimized for faster and more ecient fabrication protocols, as well as better performing devices. In solution-processed PSCs fabrication, the perovskite precursor is statically spin-coated onto a substrate and then annealed on a hot plate for a period ranging from minutes to an hour. During this annealing process, the wet film undergoes a transformation, turning into a crystalline thin film. To reduce fabrication times a few alternative annealing techniques have been proposed, including pressure, chemical or electromagnetical methods. In this work, a rapid light-assisted annealing process has been successfully achieved with visible light radiation emitted from a simple array of halogen lamps. This processing allows to improve the devicessolar parameters as well as reducing the processing times from minutes to seconds, for both the SnO2 electron transport layer and the triple cation-double halide perovskite composition. The resulting devices exhibit higher fill factor, voltage and efficiencies, as well as good crystallinity and morphology.
I materiali perovskitici si stanno dimostrando competitivi nel diventare il prossimo materiale fotoattivo ad alte prestazionicommercialmente disponibile per applicazioni solari: i rapidi miglioramenti nelle efficienze dei dispositivi, la tolleranza ai difetti strutturali, la lunga vita media delle cariche fotogenerate e la bassa energia di legame per gli eccitoni, li rendono la soluzione su cui si concentra al momento la maggior parte della ricerca nel campo delle celle solari. Tuttavia, per favorire la commercializzazione della perovskite, e necessario risolvere una serie di problematiche: tra queste, i tempi e i metodi di lavorazione devono essere ottimizzati per protocolli di fabbricazione più veloci ed efficienti, nonché per ottenere dispositivi con migliori prestazioni. Tipicamente, lo strato ETL e la perovskite vengono convertiti da un film depositato tramite spin-coating in un film sottile cristallino mediante un trattamento termico su piastra riscaldata, in un intervallo di tempo che va da alcuni minuti a un'ora circa. Per ridurre i tempi di lavorazione, sono state proposte alcune tecniche alternative di trattamento termico, tra cui quelle a pressione, chimiche o elettromagnetiche. In questo lavoro, é stato testato con successo un processo di trattamento termico rapido mediante irradiamento luminoso nel visibile, emesso da un semplice sistema di lampade alogene. Questo annealing rapido consente di migliorare le caratteristiche solari del dispositivo e ridurre i tempi di lavorazione da minuti a secondi, sia per lo strato di trasporto degli elettroni (SnO2) che per una composizione di perovskite a triplo catione-doppio alogenuro. I dispositivi risultanti mostrano un fill factor, un voltaggio di circuito aperto e un' efficienza più elevati, nonché una buona cristallinità e morfologia.
Annealing rapido per cristallizzazione veloce in celle solari a perovskite
TORRESANI, LORENZO
2022/2023
Abstract
Perovskite is racing to be the next commercially available top-performing photoactive material in solar applications: with its quickly improving efficiencies, defect tolerance, long lifetime of the photogenerated charges and low binding energy for excitons, it is now the most investigated solution for solar cells. However, in order to propel commercialization of perovskite a number of issues need to be addressed: among these, processing times and methods are being optimized for faster and more ecient fabrication protocols, as well as better performing devices. In solution-processed PSCs fabrication, the perovskite precursor is statically spin-coated onto a substrate and then annealed on a hot plate for a period ranging from minutes to an hour. During this annealing process, the wet film undergoes a transformation, turning into a crystalline thin film. To reduce fabrication times a few alternative annealing techniques have been proposed, including pressure, chemical or electromagnetical methods. In this work, a rapid light-assisted annealing process has been successfully achieved with visible light radiation emitted from a simple array of halogen lamps. This processing allows to improve the devicessolar parameters as well as reducing the processing times from minutes to seconds, for both the SnO2 electron transport layer and the triple cation-double halide perovskite composition. The resulting devices exhibit higher fill factor, voltage and efficiencies, as well as good crystallinity and morphology.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/16417