Processo de solução assistida por Vapor de baixa pressão para banda sintonizável Gap Pinhole-free Methylammonium chumbo haleto perovskita filmes

o objetivo geral deste processo é sintetizar filmes homogêneos de perovskita de haleto de chumbo de metilamônio sem orifícios e de alta qualidade em todo o espaço de composição de haleto para aplicação em optoeletrônica, como células solares, lasers e LEDs. Este protocolo sintético foi projetado de forma que possa ser adaptado a diferentes laboratórios e fornece uma rota de síntese para produzir perovskitas de haleto de chumbo mais rápidas e reprodutíveis em todo o espaço de composição de destaque. A principal vantagem desta técnica é o uso de baixa temperatura de processamento e equipamentos padrão disponíveis na maioria dos laboratórios, como capelas e linhas schlenk.

Demonstrando o procedimento estarão Aya Buckley e Phuong Ngo, estudantes da UC Berkeley. Para iniciar este procedimento, adicione 100 mililitros de etanol a um balão de fundo redondo de 250 mililitros equipado com a barra de agitação. Adicione 16,5 mililitros de 40% de metilamina em água.

Usando um banho de gelo, resfrie o frasco a zero grau Celsius. Adicione 10 mililitros de ácido iodídrico 76 milimolar gota a gota, mexendo sempre. Em seguida, feche o balão com um septo.

Agite a reação por duas horas a zero grau Celsius. Em seguida, retirar o balão do banho de gelo utilizando um evaporador rotativo equipado com banho-maria, evaporar o solvente em componentes voláteis não reagidos a 50 Torr e 60 graus Celsius durante quatro horas ou até que os voláteis sejam removidos. Uma vez evaporado o solvente, adicionar 100 mililitros de etanol quente ao balão para dissolver o material residual.

Adicione lentamente 200 mililitros de éter dietílico para induzir a cristalização de um sólido branco. Depois disso, filtre a mistura a vácuo sobre um filtro de frita de vidro de 50 milímetros. Recupere o sobrenadante e adicione 200 mililitros de éter dietílico para induzir cristalização adicional.

Filtre a mistura novamente sobre o filtro de fritas de vidro de 50 milímetros. Durante a filtragem a vácuo, lave o sólido três vezes com éter dietílico. Seque o sólido lavado sob vácuo.

Ao limpar o aparelho, a qualidade do material de partida também é importante. Portanto, a recristalização cuidadosa do precursor do volume de material é particularmente importante. Armazene o sólido seco no dessecador no escuro à temperatura ambiente, para minimizar a decomposição.

Para começar, pré-aqueça um banho de óleo de silicone equipado com uma barra de agitação magnética a 120 graus Celsius. Em seguida, use um cilindro de papel de pesagem para transferir 0,1 gramas de haleto de metilamônio para um tubo schlenk de 50 mililitros. Para pré-condicionar o haleto de metilamônio, conecte o tubo a uma linha schlenk equipada com a bomba rotativa e evacue o tubo.

Ajuste a pressão para 0,185 Torr. Em seguida, mergulhe o tubo no banho de silicone por duas horas enquanto mexe o banho a 600 rpm. Depois disso, remova o tubo schlenk do banho de óleo.

Deixe o tubo sob uma sobrepressão de gás nitrogênio fluindo, para evitar a entrada de umidade. Em seguida, faça as soluções precursoras dissolvendo 0,146 gramas de brometo de chumbo em um mililitro de DMF e, em seguida, 0,369 gramas de iodeto de chumbo e 0,073 gramas de brometo de chumbo em um mililitro de DMF. Sonicar estes durante cerca de cinco minutos a 35 quilohertz para dissolver completamente o precursor.

Usando um filtro de PTFE de 0,2 mícron, filtre a solução precursora. Aqueça a solução filtrada a 110 graus Celsius por cinco minutos. Usando uma micropipeta, deposite 80 microlitros de solução precursora de haleto de chumbo aquecida no substrato.

Em seguida, gire o substrato a 500 rpm por cinco segundos com uma taxa de aceleração de 500 rpm/s e a 1500 rpm, por três minutos com uma taxa de aceleração de 1500 rpm.s. Em seguida, transferir o substrato para uma placa de aquecimento numa hotte. Seque o filme precursor a 110 graus Celsius por 15 minutos sob gás nitrogênio fluindo.

Carregue o substrato seco no tubo de schlenk preparado, orientando a superfície do haleto de chumbo para longe do haleto de metilamônio no tubo. Ajuste a pressão no tubo schlenk para 0.185 Torr. Em seguida, mergulhe o tubo no banho de óleo de silicone aquecido a 120 graus Celsius por duas horas.

Depois disso, remova o tubo do banho de óleo. Retirar a amostra do tubo de Schlenk e mergulhá-la rapidamente num copo contendo álcool isopropílico. Use uma pistola N2 para secar imediatamente a amostra enxaguada.

Neste estudo, filmes finos de haleto de chumbo de metilamônio sem orifício são sintetizados por LP vasp e posteriormente caracterizados. A análise de RMN dos precursores mostra mudanças do grupo metil em delta 2,35 pbm e delta 2,37 pbm. Um deslocamento de amônio centrado em delta 7,65 pbm e delta 7,45 pbm, para brometo de metilamônio e iodeto de metilamônio, respectivamente, confirmando sua identidade e pureza.

A microscopia eletrônica de varredura é então usada para analisar filmes mistos de iodetos planos e ajoelhados em iodeto de metilamônio a 100%, 50% e 30%. Cada um dos filmes facetados é visto como livre de orifícios com tamanho de grão de até 700 nanômetros. Embora a espessura padrão dos filmes de perovskita seja de cerca de 400 nanômetros, a espessura pode ser alterada variando a velocidade de rotação do revestimento de rotação com velocidades mais altas, produzindo filmes mais finos e vice-versa.

padrões de difração de raios X são então coletados para confirmar a pureza da fase e a conversão dos precursores em filmes de perovskita de haleto de chumbo de metilamônio. A fase de iodeto de chumbo residual ou não convertida mostra um pico de aproximadamente 12,7 graus. Os filmes de haleto de chumbo de metilamônio são vistos exibindo uma mudança para ângulos mais altos devido a uma substituição gradual dos átomos de iodo maiores por átomos de brometo menores.

Ao tentar este procedimento, lembre-se de que o uso de uma linha schlenk inclui riscos de explosão e implosão. Portanto, antes de realizar este experimento, verifique a integridade do aparelho. O desenvolvimento desta técnica abre caminho para pesquisadores na área de células solares de filme fino, bem como optoeletrônica para sintetizar filmes finos de perovskita de destaque organometálico de alta qualidade.

Com este processo, você pode fazer células solares de filme fino em geometria planar, atingindo eficiências de até 19% e elas mostram maior estabilidade a longo prazo. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como sintetizar filme de haleto de chumbo homogêneo, sem fenótipo, de alta qualidade optoeletrônica e volume de material por LP vasp.