حبر الطباعة كل الأحبار بيروفسكيتي هاليد غير العضوية من أجل التطبيقات الضوئية

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

يتم عرض بروتوكول لتوليف هاليد الرصاص غير العضوية المختلطة بيروفسكيتي الكم دوت أحبار الطباعة النافثة للحبر والبروتوكول المتعلق بإعداد وطباعة أحبار دوت الكم في طابعة نافثة لحبر مع تقنيات توصيف الوظائف.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Richmond, D., McCormick, M., Ekanayaka, T. K., Teeter, J. D., Swanson, B. L., Benker, N., Hao, G., Sikich, S., Enders, A., Sinitskii, A., Ilie, C. C., Dowben, P. A., Yost, A. J. Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications. J. Vis. Exp. (143), e58760, doi:10.3791/58760 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

أسلوب لتوليف أحبار دوت الكم فوتواكتيفي بيروفسكيتي غير العضوية وطريقة ترسب طابعة النافثة لحبر، باستخدام الأحبار المركبة، وأظهرت. تركيب الحبر يستند إلى تفاعل كيميائي بسيط رطب وبروتوكول الطباعة النافثة للحبر أسلوب خطوة بخطوة سهلة. طباعة نفث الحبر الأغشية الرقيقة اتسمت مطيافية الامتصاص البصرية والتحليل الطيفي photoluminescent، حيود الأشعة السينية وقياسات النقل الإلكتروني. حيود الأشعة السينية من الأفلام دوت الكم المطبوع يشير إلى بنية بلورية تمشيا مع مرحلة أورثورهومبيك درجة حرارة الغرفة مع التوجه (001). بالتزامن مع أساليب تحديد خصائص أخرى، تظهر القياسات حيود الأشعة السينية ذات جودة عالية ويمكن الحصول على الأفلام من خلال أسلوب الطباعة النافثة للحبر.

Introduction

ديتر فيبر توليفها العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس الأولى في 19781،2. تقريبا 30 عاماً في وقت لاحق في عام 2009، كوجيما اكيهيرو والمتعاونين ملفقة الأجهزة الضوئية باستخدام نفس العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس توليفها من قبل فيبر، هي والفصل3NH3PbI3 CH3NH3 3ببر3. هذه التجارب كانت بداية موجه المد اللاحقة من البحوث التي تركز على الخصائص الضوئية للعضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس. من 2009 إلى 2018، الجهاز كفاءة تحويل الطاقة زيادة كبيرة من 3.8%3 إلى ما يزيد على 23%4، مما يجعل العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس خلايا شمسية قابلة للمقارنة لبناء الاشتراكية. بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد العضوية غير العضوية، بدأت بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد غير العضوية تكتسب الجر في الأوساط البحثية حوالي عام 2012 عندما تم قياس كفاءة الأجهزة الضوئية الأولى أن تكون 0.9%5. منذ عام 2012 بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد غير العضوية كافة قد قطعت شوطا مع بعض جوانب الكفاءة الجهاز يقاس سانيهيرا وآخرون أن ما يزيد على 13 في المائة كما هو الحال في دراسة عام 2017 6 كلا من بيروفسكيتيس على أساس العضوية وغير العضوية على أساس البحث عن التطبيقات المتصلة بالليزر7،،من89،10، الخفيفة التي ينبعث منها قدر الثنائيات11، 12 , 13والطاقة العالية الإشعاع الكشف عن14وصور الكشف عن15،16والتطبيقات الضوئية بالطبع5،،من1517،18 . على مدى العقد الماضي تقريبا، برزت العديد من تقنيات التوليف مختلفة من العلماء والمهندسين تتراوح بين أساليب حل المجهزة لفراغ بخار ترسب تقنيات19،،من2021. بيروفسكيتيس هاليد تصنيعه باستخدام أسلوب معالجة الحل مفيدة كما أنها يمكن أن تستخدم بسهولة كأحبار لطباعة15النافثة للحبر.

في عام 1987، ذكرت الأول عرض استخدام الطباعة النافثة للحبر للخلايا الشمسية. ومنذ ذلك الحين، سعى العلماء والمهندسين طرق لطباعة كافة الخلايا الشمسية غير العضوية مع خصائص الأداء جذابة بنجاح وتنفيذ منخفضة تبلغ22. وهناك العديد من المزايا للخلايا الشمسية الطباعة النافثة للحبر، بالمقارنة ببعض الأساليب فراغ التصنيع على أساس مشترك. جانبا هاما من أسلوب الطباعة النافثة للحبر أن تستخدم المواد المستندة إلى الحل كأحبار. وهذا يفتح الباب لمحاكمات العديد من مواد مختلفة، مثل الأحبار المستندة إلى بيروفسكيتي غير العضوية، التي يمكن تجميعها من قبل الأساليب الكيميائية الرطبة سهلة. وبعبارة أخرى، الطباعة النافثة للحبر للخلايا الشمسية مواد مسار منخفض التكلفة للنماذج الأولية السريعة. أيضا مزايا الطباعة النافثة للحبر للتمكن من طباعة مساحات كبيرة على ركائز مرنة والطباعة حسب التصميم عند درجات حرارة منخفضة في الأحوال الجوية. وعلاوة على ذلك، يتم الطباعة النافثة للحبر عالية مناسبة للإنتاج بالجملة مما يسمح للتنفيذ باللفة منخفضة التكلفة واقعية23،24.

في هذه المقالة، نحن أولاً مناقشة الخطوات التي تنطوي عليها مع توليف بيروفسكيتي غير العضوية الكم دوت أحبار الطباعة النافثة للحبر. ثم يصف لنا الخطوات الإضافية لإعداد أحبار الطباعة والإجراءات الفعلية لحبر الطباعة فيلما فوتواكتيفي باستخدام طابعة نفث حبر متوفرة تجارياً. وأخيراً، نحن نناقش وصف الأفلام المطبوعة التي تعد ضرورية لضمان الأفلام الكيميائية المناسبة وتشكيل الكريستال عالية الجودة للأداء للجهاز.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تحذير: الرجاء مراجعة صحائف بيانات السلامة المادية للمعمل (MSDS) قبل المتابعة. المواد الكيميائية المستخدمة في هذه البروتوكولات التوليف قد ترتبط المخاطر الصحية. بالإضافة إلى ذلك، أن المواد النانوية مخاطر إضافية مقارنة بنظيرتها السائبة. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند القيام برد فعل نانوكريستال بما في ذلك استخدام غطاء دخان أو الدرج الأمامي ومعدات الحماية الشخصية المناسبة (نظارات السلامة، والقفازات، ومعطف مختبر، السراويل، أحذية أغلقت تو، إلخ).

1-السلائف التوليف

  1. السيزيوم اوليئات السلائف التوليف
    ملاحظة: يتم تصنيعه السيزيوم اوليئات تحت بيئة2 ن.
    1. إضافة كربونات 0.203 ز السيزيوم (Cs2CO3) 10 مل أوكتاديسيني (قصيدة)، والعنق 1.025 مل حمض الأولييك (الزراعة العضوية) لمدة ثلاثة جولة أسفل إثارة قارورة. هو المسمى قارورة ثلاثة أسفل جولة العنق السيزيوم اوليئات السلائف 1 في الشكل 1a.
    2. وضع ميزان الحرارة أو الحرارية إلى واحدة من رقبة عبر سداده مطاطية.
    3. مكان من الغشاء المطاطي في واحدة من أعناق المتبقية ثم قم بإرفاق الرقبة الثالثة والنهائية نيتروجين غاز سطر عبر خط شلينك. ضع المخلوط تحت جو من غاز نيتروجين.
    4. تسخين المزيج إلى 150 درجة مئوية مع التحريك المستمر بسرعة إثارة 399 مم/s باستخدام شريط إثارة مغناطيسية 2.54 سم حتى2CO Cs3 تماما يذوب.
    5. انخفاض درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية لتجنب الأمطار والتحلل من السيزيوم اوليئات وترك إثارة في إثارة نفس السرعة كما هو الحال في الخطوة 1.1.4.
  2. أولييلاميني-ببر2 السلائف التوليف
    ملاحظة: يتم تصنيعه السلائف2 أولييلاميني-ببر تحت بيئة2 ن.
    1. إضافة مل 37.5 من قصيدة، 7.5 مل أولييلاميني (اليونيسيف)، 3.75 مل من الزراعة العضوية، وملمول 1.35 من ببر العنق2 إلى ثلاثة آخر جولة أسفل إثارة قارورة. الثلاثة العنق جولة أسفل قارورة إثارة لشمول PbBr2 هو المسمى 2 في الشكل 1a. ويبين الشكل 1b الحل السليفة غير مختلط.
    2. وضع ميزان الحرارة أو الحرارية إلى واحدة من الرقاب ونوعاً من البوليمر فيلم حول الحرارة/الحرارية لختم الرقبة، انظر الشكل 1.
    3. ضع سداده مطاطية في واحدة من أعناق المتبقية ثم قم بإرفاق الرقبة الثالثة والنهائية لخط غاز نيتروجين عن طريق خط شلينك. ضع المخلوط تحت الغلاف الجوي غاز النيتروجين.
    4. تسخين المزيج إلى 100 درجة مئوية مع التحريك المستمر بسرعة إثارة 599 ملم/s استخدام شريط مغناطيسي يقلب حتى يذوب ببر2 تماما. الحل السلائف تحت التحريك المستمر هو مبين في الشكل 1ج والسلائف الذائبة تماما الحل هو مبين في الشكل 1د.
    5. تسخين المزيج إلى 170 درجة مئوية مع التحريك المستمر، وإشعار الخليط يخضع تغيير لون الأصفر الداكن حالما تصل إلى 170 درجة مئوية، كما يتضح في الشكل 1دال ترك إثارة تحت 170 ° C الحرارة.

2-كسببر3 الكم دوت التوليف

  1. استخدام المحاقن زجاجية 2 مل، مع إبرة قياس 18 طويل 10 سم، استخراج 1.375 مل من السيزيوم اوليئات السلائف من قارورة الرقبة الثلاثة عن طريق الغشاء المطاطي كما هو مبين في الشكل 2.
  2. حقن بسرعة، عن طريق الغشاء المطاطي، مل 1.375 من السيزيوم اوليئات السلائف في قارورة الرقبة الثلاث التي تحتوي على السلائف2 شمول-ببر، كما هو مبين في الشكل 2ب. ينبغي أن يكون هناك إجراء تغيير لون يمكن ملاحظتها، أصفر لامع-أخضر، كما هو مبين في الشكل 2(ج).
  3. بعد الحقن السيزيوم اوليئات السلائف، والانتظار 5 s، إزالة قارورة العنق ثلاثة من الحرارة، وتزج قارورة ثلاثة-الرقبة أسفل جولة في حمام الثلج ومياه عند 0 درجة مئوية، كما هو مبين في الشكل 3.
  4. فصل الحل في قارورة الرقبة الثلاث على قدم المساواة في أنابيب الاختبار 2، تقريبا 25 مل في أنبوبة الاختبار.
  5. إضافة 25 مل الأسيتون لكل الحلول طافية، ثم فصل بالطرد المركزي باستخدام معلمات أدناه.
  6. فصل النقاط الكم باستخدام أجهزة الطرد مركزي في س 2431.65 ز لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة والمعايير، كما هو مبين في الشكل 3 (ب).
  7. فصل النقاط الكم طافية وطرد، كما هو مبين في الشكل 3 جيم، بصب المادة طافية في أنبوب اختبار فارغة.
  8. وأخيراً، حل النقاط الكم المنفصل في 10-25 مل من هيكسانيس أو سيكلوهيكسانيس. ثم يمكن استخدام هذا الحل كحبر في خراطيش الطابعة النافثة للحبر لطباعة الأغشية الرقيقة.
    ملاحظة: استخدم طابعة نفث حبر متوفرة تجارياً لطباعة جميع الكم دوت رقيقة الأفلام من أحبار بيروفسكيتي غير العضوية على أساس هاليد. في ركائز هذا البروتوكول غير متبلور الزجاج وأكسيد إنديوم قصدير استخدمت المغلفة البولي ايثلين (إيتو/PET) خلال القياسات. للتأكد من أن سطح الركازة نظيف قبل الطباعة، ركائز تم تنظيفها باستخدام يغسل الأسيتون يليه يغسل ميثانول.

3-تنظيف رأس الطابعة

  1. أولاً تأكد من توصيل الطابعة والطاقة التشغيل للوصول إلى خراطيش الحبر ورأس الطابعة.
  2. إزالة خراطيش الحبر من الطابعة رئيس فتح الجزء العلوي من الطابعة والانتظار لخراطيش الحبر للعودة إلى موقف وسط وأضواء حمراء تحت خراطيش الحبر تكون مضيئة، ومن ثم قم بإزالة جميع خراطيش.
  3. تحريك رأس الطباعة قليلاً إلى اليمين وسحب الحرس على علبة الحبر حيث أنه يسمح علبة للبقاء في المكان كما هو موضح في الشكل 4. الوصول إلى الجزء الخلفي علبة الحبر وقرصة الفاصل البلاستيك إلى فصل نصفي رأس الطباعة. سحب بلطف وسيتم إزالة رأس الطباعة بسهولة.
  4. لتنظيف رأس الطباعة، تحضير طبق مع بضعة ملليمترات من المياه الدافئة. غمرت المكان رأس الطباعة في المياه مع الشقوق في الجزء السفلي. تجنب الاتصال بين الأجزاء الإلكترونية الخضراء على ظهره والماء لأن هذا لديه القدرة على إلحاق الضرر برأس الطباعة.
  5. استخدام ماصة والمياه الدافئة لإسقاط المياه على المقاومات. ترك رأس الطباعة بالجلوس في الماء الدافئ ح 1-2.
  6. بمجرد الانتهاء من مغطس في الماء الدافئ، ضع رأس الطابعة في مختبر أنسجة وتترك لتجف على الأقل 20 دقيقة تجنب المسح أسفل رأس الطباعة لأن الألياف من المسح يمكن أن تتعثر في الشقوق حيث يتم الاستغناء عن الحبر.
  7. إرجاع رأس الطباعة لموقفه ودفع الحرس العودة إلى موضعه الأصلي.

4-الطباعة الكم بيروفسكيتي دوت الأحبار

ملاحظة: يستخدم هذا البروتوكول طابعة النافثة لحبر الذي يتضمن القدرة على طباعة تسميات القرص المضغوط على أقراص مدمجة مع المعونة من علبة القرص المضغوط جامدة. من المستحسن قبل الطباعة بيروفسكيتيس، أحد قص الشكل المفضل وحجم من الركازة، وثم طباعة الحجم الدقيق والشكل من الركازة المطلوب على القرص المضغوط نفسه باستخدام الحبر الأسود، كما هو مبين في الشكل 5.

  1. رسم خط مستقيم على حافة القرص، ويستمر ذلك على علبة القرص المضغوط. بهذه الطريقة، القالب مؤتمر نزع السلاح يمكن أن اصطف نفس الطريقة كل مرة، وضمان الأحبار الطباعة في الموقع المطلوب.
  2. ضع الركيزة فوق حبر الصور المطبوعة على القرص. يمكن أن تعقد الركيزة في المكان باستخدام شريط مزدوج الوجهين أو بعض لاصقة أخرى، كما هو موضح في الشكل 5ب.
  3. قبل ملء خراطيش الحبر، ضمان تغطية البرتقال مثبت بشكل صحيح على الجزء السفلي من خرطوشة الحبر، كما هو موضح في الشكل 6. وهذا يمنع الحبر من تسرب إلى الجزء السفلي من الخرطوشة.
  4. حالما يتم حل الحبر، كما هو الحال في الخطوة 2-9، ويكون الغطاء على الخرطوشة، استخدم ماصة ضخ الحبر دوت الكم في الجزء العلوي من خرطوشة الحبر، كما هو موضح في الشكل 6.
    ملاحظة: سيتم استيعاب الكم نقطة الحبر بالاسفنج حتى أنه يصبح مشبعة وسيتم تخزين الحبر المتبقية في حجرة بجانب الأسفنج. تجنب الإفراط في ملء هذه المقصورة، لأن الحبر يمكن الهروب من الأعلى عندما يصبح كامل تقريبا.
  5. حالما يتم ملء الخرطوشة للمبلغ المطلوب، توصيل الجزء العلوي مع سداده مطاطية وإزالة الغطاء السفلي البرتقالي بعناية. كن مستعدا للحبر قليلاً للهروب من خلال الجزء السفلي عند تنفيذ هذا الإجراء.
  6. ضع خرطوشة الحبر في الطابعة الرأس ويجب التأكد من أن يستقر في مكانة، كما هو مبين في الشكل 6b، تأكد من إدراج الخراطيش المتبقية، أما فارغة أو كامل قبل المتابعة إلى الخطوة التالية، كما هو موضح في الشكل 6ج.
  7. إغلاق الطابعة والانتظار للرأس الطابعة بالعودة إلى الجانب الأيسر الآن من الطابعة.
  8. تأكد من أن لون الصور يتم طباعة يتوافق مع لون خرطوشة الحبر الذي يحتوي على نقاط الكم. تم العثور على صورة صلبة سماوي أو ماجنتا أو أصفر تعمل بشكل أفضل (الأسود صعب لأن هناك اثنين من الخراطيش السوداء).
  9. الطباعة انقر فوق في الزاوية اليسرى السفلي واتبع الشاشة تعليمات.
  10. بينما الطابعة هو الاحماء، التحقق من أن القرص بشكل صحيح محاذاة على علبة القرص، مثل سيتم طباعة الصورة على الشاشة بالضبط حيث من المتوقع.
  11. سوف تظهر تعليمات على الشاشة التي توجه المستخدم فتح غطاء القرص على الطابعة وإدراج علبة القرص الذي يحتوي على القرص إلى الجهاز. تنفيذ هذا الإجراء ثم اضغط على زر (الوميض البرتقالي) استئناف في الطابعة أو انقر فوق الزر "موافق" على الشاشة، كما هو موضح في الشكل 7a و 7b.
  12. عند هذه النقطة الطابعة سوف تقبل بعلبة القرص والطباعة بيروفسكيتيس على الركازة، بعد اكتمال الطباعة؛ تحقق أن الأحبار المطبوعة فعلا على الركازة كانسداد مشكلة مشتركة.
    1. اضغط الترا فيوليت (الأشعة فوق البنفسجية) مصباح على الركازة، إذا لم يعمل الطباعة يكون هناك شيء مشابه الرقم 7ج؛ وإلا هناك سوف تكون لومينيسسينج الفيلم كما هو الحال في الشكل 7د إذا كان البروتوكول أعلاه يعمل بشكل صحيح.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

توصيف بنية بلورية

وصف هيكل الكريستال أمر حيوي فيما يتعلق بتركيب بيروفسكيتيس غير العضوية. حيود الأشعة السينية (XRD) أنجز في الهواء في درجة حرارة الغرفة على ديفراكتوميتير استخدام 1.54 الطول الموجي Cu-Kα مصدر الضوء. استخدام البروتوكولات المذكورة أعلاه ينبغي أن يؤدي إلى هيكل بلوري درجة حرارة الغرفة أحبار دوت الكم3 كسببر كما هو موضح في الشكل 8.

زرد النتائج، كما هو مبين في الشكل 8، وتشير إلى أن الأحبار QD3 كسببر البلورية الحفاظ على بنية بيروفسكيتي درجة حرارة الغرفة أورثورهومبيك بعد عملية الطباعة النافثة للحبر، في اتفاق جيد مع التقارير في الأدب8 , 15 , 25 , 26-"شيرر" معادلة27 يمكن استخدامها بالاقتران مع توزيع لورينتزيان قياسي تركيب دالة قمة براج (220)، لتحديد حجم النقطة الكم، الذي هو في هذه الحالة تقريبا 5.5 نيوتن متر في القطر. ويرد أدناه، معادلة شيرر
Equation
حيث D هو قطر دوت الكم ك عامل شكل هو، λ هو طول موجه الأشعة السينية، و بيتا ذات العرض الكامل في النصف-الحد الأقصى لذروة بالراديان وهي θ زاوية حيود براج. عامل الشكل، k = 0.89 الذي يستخدم للمكعب مثل الجسيمات النانوية، واستخدمت في العمليات الحسابية28.

الاستيعاب البصري والتوصيف الطيفي فوتولومينيسسينسي

فمن المعروف جيدا أن الخصائص البصرية لهذه النقاط الكم بيروفسكيتي غير العضوية حساسة لحجم النقطة الكم وستويتشيوميتري غير العضوية (الموجبة) وذرات هاليد (انيون). تغييرات صغيرة في الحجم أو ستويتشيوميتري من النقاط الكم سيؤدي إلى امتصاص مختلفة وملامح التﻷلؤ. الاستيعاب البصري و photoluminescence أجريت مع الديوتيريوم-هالوجين مصدر ضوء مجهزة مطياف عالية دقة "أوفنيار الأشعة تحت الحمراء" (الأشعة فوق البنفسجية-الجرد)، حيث هو نطاق الطول الموجي مصباح الديوتيريوم 210-400 نانومتر والطول الموجي مصباح هالوجين مجموعة من 360-1500 شمال البحر الأبيض المتوسط. ويرد في الشكل 8ب، الشخصية فوتولومينيسسينسي (المنحنى الأسود) كسببر3 وهو موقف ذروة ≈ 520 نانومتر. وبالمثل، في الشكل 8ب، الشخصية الاستيعاب البصري (المنحنى الأحمر) ليظهر كسببر3 مع ذروة اكسسيتونيك لاحظ حوالي 440 نانومتر. ينبغي أن يؤدي البروتوكول أعلاه إذا نفذ بنجاح في ملف فوتولومينيسسينسي والاستيعاب كما هو موضح في الشكل 8ب.

تحديد خصائص النقل الإلكتروني

واستخدمت سورسيميتير، بيكواميتير، ومتعدد لقياس منحنيات الجهد الحالي (I-V). محلل مقاومة استخدمت لقياس منحنيات السعة-الجهد (ج-الخامس). وأخذت-V وقياسات ج-V للأفلام المطبوعة في ظل الظروف الداكنة والفاتحة، كما هو مبين في الأرقام 8 ج ود 8. وتم قياس تيار الظلام للسلطة الفلسطينية 1.3 في 1.0 V تطبيق الجهد دون إضاءة. تحت الإضاءة، مع فلوينسيس مصدر الضوء من 14.1 ميغاواط/سم2، زادت الحالي يقاس خطيا إلى 2.64 mA في 1.0 V تطبيق الجهد. ظهور الحالية غير صفرية كبيرة، تحت إضاءة خفيفة، يشير إلى أن الفيلم فوتواكتيفي. يمكن أن يحمل الأفلام عالية جداً/إيقاف النسب، يصل إلى 109، مما يوحي بحسن التطبيقات المحتملة ذات الصلة فوتوديتيكتيون.

معرض الأفلام السعة منخفضة جداً تحت ظروف مظلمة عندما لا توجد إنارة غير موجود، كما يتبين في الشكل 8د. تحت الإضاءة الخفيفة قياس الصفر-الانحياز لزيادة السعة إلى 14.45 nF. عندما تحت الإضاءة الخفيفة سعة غير صفرية المقاسة في صفر-التحيز دليل آخر على أن الأفلام فوتواكتيفي.

Figure 1
رقم 1: الكم دوت السلائف التوليف. (أ) السلائف اوليئات السيزيوم في ثلاثة قوارير العنق المسمى 1 والسلائف2 شمول-ببر في قارورة العنق ثلاثة المسمى 2. (ب) وضع أولييلاميني وببر2 في قارورة العنق ثلاثة. (ج) خلط وتدفئة ببر شمول2 السلائف الحل. (د) شمول-ببر2 السلائف قد حلت تماما، وإشعار لون أصفر داكن تغيير. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: طريقة حقن السلائف. (أ) استخراج 1.375 مل من السيزيوم اوليئات للحقن. (ب) حقن اوليئات السيزيوم في شمول-ببر2 الحل. (ج) تغيير اللون السريع وتشكيل الكم نقطة الحل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: الجليد وحمام سينتريفوجينج- (أ) الحل دوت الكم تجميعي توضع في الجليد حمام (ب (اثنان أنابيب مع كميات متساوية من الحل في أجهزة الطرد المركزي. (ج) مسحوق دوت الكم في الجزء السفلي من أنبوب اختبار مع الحل طافية على وظيفة أعلى، سينتريفوجينج. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: قطع الركيزة وإرفاق إلى قالب الطباعة. (أ) الاستغناء عن إيتو/الحيوانات الأليفة الركازة. (ب) قالب الطباعة مع الركازة المرفقة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الرقم 5: إزالة رأس الطباعة. (أ يمكن إزالة رأس الطباعة) عن طريق دفع اليمين قليلاً كما هو موضح بالسهم. (ب) بعد أن تم إزالة رأس الطباعة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
رقم 6: تحميل خراطيش الحبر مع أحبار دوت الكم. (أ) حقن الأحبار في حبر خراطيش عبر ماصة. (ب) إدراج ملء الحبر خرطوشة في رأس الطباعة. (ج) إدراج المتبقية خراطيش الحبر الفارغة في رأس الطباعة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
رقم 7: الطباعة وفحص الجودة. (أ) إدراج علبة القرص في الطابعة. (ب) الضغط على زر وامض البرتقال لبدء إجراء الطباعة. (ج) طباعة فاشلة كأي فيلم موجود تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية. (د) نجاح الطباعة كما هو مبين بوجود الفيلم تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8: وظيفة الطباعة توصيف. (أ) حيود الأشعة السينية الطيف كسببر3- (ب) الضوئية امتصاص الطيف (المنحنى الأحمر) والطيف فوتولومينيسسينسي (المنحنى الأسود). (ج) الجهد الحالي الطيف كسببر3 تحت الإضاءة (المنحنى الأحمر) وفي الظلام (المنحنى الأزرق). (د) السعة-الجهد الطيف كسببر3 تحت الإضاءة (المنحنى الأحمر) وفي الظلام (المنحنى الأزرق). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

هناك العديد من معلمات تشارك في عملية الطباعة النافثة للحبر التي تؤثر على الفيلم المطبوعة النهائية. مناقشة جميع تلك المعلمات خارج نطاق هذا البروتوكول، ولكن كما يركز هذا البروتوكول على توليف القائم على الحل وطريقة الترسيب، فمن المناسب إعطاء مقارنة قصيرة لأساليب ترسب على أساس الحل معروفة أخرى: أسلوب طلاء تدور وأسلوب الطبيب--بليد.

الأسلوب تدور-طلاء سريع جداً وتنتج الأفلام موحدة ومنخفضة التكلفة. يمكن أن تختلف سماكة الفيلم بضبط اللزوجة وسرعة الدوران المغطى تدور. ومن المعروف أن الإسراف جداً، لأن معظم المواد التي يتم إخراج قبالة السطح بعد الغزل تدور-طلاء. تدور-طلاء أيضا بطيئة بسبب العملية نموذج بعينه، وهكذا تدور-طلاء ليست مناسبة لمعالجة واسعة النطاق. على الجانب الآخر هو أسلوب بليد الطبيب الذي أيضا بسيطة ومنخفضة التكلفة. الميزة الحقيقية هو سمك موحد من الأفلام، ولكن أسلوب الطبيب--بليد بطيء جداً وكمية ضخمة من مواد النفايات. الطباعة النافثة للحبر مثل أساليب تدور-طلاء والطبيب--بليد هي منخفضة التكلفة. القدرة على الطباعة حسب التصميم ميزة كبيرة للطباعة النافثة للحبر بالمقارنة مع الطبيب بلادينج وتدور-طلاء. أيضا، الطباعة النافثة للحبر ذات كفاءة عالية من حيث المواد المستخدمة مقابل إهدار المواد. الطباعة النافثة للحبر أيضا مناسبة تماما لمناطق كبيرة والنماذج الأولية السريعة. وتوحي هذه الميزات الطباعة النافثة للحبر لديه إمكانات عالية للتصنيع باللفة مع خاصية كومبيناتوريك إضافية.

على الرغم من أن الطباعة النافثة للحبر هي مبشرة بالخير هي تقنية ترسب هناك بعض القيود: الطابعة الرأس انسداد، عدد محدود من المذيبات للطباعة، والتجانس الفيلم. الحد الأكبر من حيث تعدد تتصل بالمذيبات المستخدمة في الطابعة، وليس كل المذيب المناسب وفي بعض الحالات يمكن أن تلحق الضرر مكونات الطباعة. على سبيل المثال، أنها ربما لا يكون فكرة جيدة لاستخدام الأسيتون كمذيب الحبر، وهذا سوف تجف أو حل بعض مكونات الطابعة. بعض المذيبات يؤدي التوسع في حشايا المطاط في رأس الطباعة وغيرها من المناطق. إذا كان يبدو أي قطعة قد اتسع نطاقها خلال عملية الطباعة، وضعه في ماء دافئ لمدة 10 دقائق والسماح لها جاف تماما، العودة إلى الحجم العادي.

رؤساء معرقل الطابعة عقبة أخرى وإبقائها نظيفة خطوة حاسمة في هذا البروتوكول. يجب أن تظل نظيفة قبل لمكونات الطابعة وبعد الطباعة. رأس الطباعة يحتوي على المقاومات المعدنية مع حشيات المطاطية المحيطة بها في كل من فتحات كارتريدج الحبر. الحشايا تخدم الغرض من حفظ ختم بين خرطوشة حبر ورأس الطابعة. من المهم أن يبقى على رأس الطباعة والحشايا نظيفة قدر الإمكان. وعلاوة على ذلك، أن يكون لطيف عند إزالة أطواق منع التسرب كما أنها يمكن أن تتلف عند إزالة.

أعمال مواد منخفضة التكلفة وعالية الأداء الخلية الشمسية للطباعة وسيلة واحدة لتحقيق الكفاءة العالية واستقرار عالية، وتوليد الطاقة منخفضة التكلفة في التطبيقات المتخصصة، التي قد لا تزال تسمح بنشر واسع النطاق، لكن أين المواد القائمة على السليكون غير تنافسية. وعلاوة على ذلك، ونفث الحبر متوافق مع سهولة باللفة الطباعة أسلوب يوفر أساسا لواقعية قابلة الإلكترونيات "للطباعة". الطباعة النافثة للحبر مع عدد ضخم من ركائز المتاحة والأحبار، يسمح بالوصول إلى تصنيع أجهزة إلكترونية خفيفة الوزن ومرنة منخفضة الطاقة لمجموعة واسعة من التطبيقات. من الترانزستورات إلى الكم دوت يعرض لوحدات الطاقة الشمسية، هو حقل مثيرة لتصنيع جهاز الطباعة النافثة للحبر وتبشر بخير عظيم. إذا كان يستخدم بالاقتران مع مجموعة من تصميم قواعد الطباعة النافثة للحبر يمكن استخدامها كأداة للمواد القابلة للطباعة مع الخصائص المطلوبة للتطبيقات الهندسية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

المؤلفون لا تضارب المصالح المالية ولا علاقة للكشف.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل "المؤسسة الوطنية للعلوم"، من خلال مرسيك نبراسكا (هيئة الهجرة واللاجئين منحة--1420645)، وتشي-1565692، وتشي-145533، فضلا عن مركز نبراسكا "بحوث علوم الطاقة".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oleic acid, 90% Sigma Aldrich 364525 Technical grade
Oleylamine, 70% Sigma Aldrich O7805 Technical grade
1-octadecene, 90% Sigma Aldrich O806 Technical grade
Acetone, >95% Fisher 67641 Certified ACS
Cesium Carbonate, 99% Chem-Impex 1955 Assay
Hexane, 98.5% Sigma Aldrich 178918 Mixture of isomers
Cyclohexane, 99.9% Sigma Aldrich 110827
Lead(II) bromide, 98% Sigma Aldrich 211141
Lead(II) iodide, 99% Sigma Aldrich 211168

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Weber, D. CH3NH3PbX3, ein Pb(II)-System mit kubischer Perowskitstruktur / CH3NH3PbX3, a Pb(II)-System with Cubic Perovskite Structure. Zeitschrift für Naturforschung B. 33, 1443-1445 (1978).
  2. Weber, D. ( x = 0-3 ), ein Sn ( II ) -System mit kubischer Perowskitstruktur. Zeitschrift für Naturforschung B. 33, 862-865 (1978).
  3. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of the American Chemical Society. 131, 6050-6051 (2009).
  4. National Renewable Energy Laboratory NREL Best Research-Cell Efficiencies. Available from: https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png (2018).
  5. Chen, Z., Wang, J. J., Ren, Y., Yu, C., Shum, K. Schottky solar cells based on CsSnI 3 thin-films. Applied Physics Letters. 101, (9), 93901 (2012).
  6. Sanehira, E. M., et al. Enhanced mobility CsPbI 3 quantum dot arrays for record-efficiency, high-voltage photovoltaic cells. Science Advances. 3, (10), 4204 (2017).
  7. Jia, Y., Kerner, R. A., Grede, A. J., Rand, B. P., Giebink, N. C. Continuous-wave lasing in an organic-inorganic lead halide perovskite semiconductor. Nature Photonics. 11, (12), 784-788 (2017).
  8. Eaton, S. W., et al. Lasing in robust cesium lead halide perovskite nanowires. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113, (8), 1993 (2016).
  9. Yakunin, S., et al. Low-threshold amplified spontaneous emission and lasing from colloidal nanocrystals of caesium lead halide perovskites. Nature Communications. 6, 1-8 (2015).
  10. Fu, Y., et al. Broad Wavelength Tunable Robust Lasing from Single-Crystal Nanowires of Cesium Lead Halide Perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, I). ACS Nano. 10, (8), 7963-7972 (2016).
  11. Jeong, B., et al. All-Inorganic CsPbI 3 Perovskite Phase-Stabilized by Poly(ethylene oxide) for Red-Light-Emitting Diodes. Advanced Functional Materials. 1706401 (2018).
  12. Pan, J., et al. Bidentate Ligand-Passivated CsPbI3Perovskite Nanocrystals for Stable Near-Unity Photoluminescence Quantum Yield and Efficient Red Light-Emitting Diodes. Journal of the American Chemical Society. 140, (2), 562-565 (2018).
  13. Xiao, Z., et al. Efficient perovskite light-emitting diodes featuring nanometre-sized crystallites. Nature Photonics. 11, (2), 108-115 (2017).
  14. Stoumpos, C. C., et al. Crystal growth of the perovskite semiconductor CsPbBr3: A new material for high-energy radiation detection. Crystal Growth and Design. 13, (7), 2722-2727 (2013).
  15. Ilie, C. C., et al. Inkjet printable-photoactive all inorganic perovskite films with long effective photocarrier lifetimes. Journal of Physics Condensed Matter. 30, (18), 18LT02 (2018).
  16. Shoaib, M., et al. Directional Growth of Ultralong CsPbBr3Perovskite Nanowires for High-Performance Photodetectors. Journal of the American Chemical Society. 139, (44), 15592-15595 (2017).
  17. Swarnkar, A., et al. Quantum dot-induced phase stabilization of a-CsPbI3 perovskite for high-efficiency photovoltaics. Science. 354, (6308), 92-96 (2016).
  18. Kumar, M. H., et al. Lead-free halide perovskite solar cells with high photocurrents realized through vacancy modulation. Advanced Materials. 26, (41), 7122-7127 (2014).
  19. Burschka, J., et al. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature. 499, (7458), 316-319 (2013).
  20. Dirin, D. N., Cherniukh, I., Yakunin, S., Shynkarenko, Y., Kovalenko, M. V. Solution-Grown CsPbBr 3 Perovskite Single Crystals for Photon Detection. Chemistry of Materials. 28, (23), 8470-8474 (2016).
  21. Zhou, H., et al. Vapor Growth and Tunable Lasing of Band Gap Engineered Cesium Lead Halide Perovskite Micro/Nanorods with Triangular Cross Section. ACS Nano. 11, (2), 1189-1195 (2017).
  22. Teng, K. F., Vest, R. W. Application of Ink Jet Technology on Photovoltaic Metallization. IEEE Electron Device Letters. 9, (11), 591-593 (1988).
  23. Habas, S. E., Platt, H. aS., van Hest, M. F. A. M., Ginley, D. S. Low-Cost Inorganic Solar Cells: From Ink To Printed Device. Chemical Reviews. 110, (11), 6571-6594 (2010).
  24. Leenen, M. A. M., Arning, V., Thiem, H., Steiger, J., Anselmann, R. Printable electronics: Flexibility for the future. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 206, (4), 588-597 (2009).
  25. Koolyk, M., Amgar, D., Aharon, S., Etgar, L. Kinetics of cesium lead halide perovskite nanoparticle growth; focusing and de-focusing of size distribution. Nanoscale. 8, (12), 6403-6409 (2016).
  26. Palazon, F., Di Stasio, F., Lauciello, S., Krahne, R., Prato, M., Manna, L. Evolution of CsPbBr 3 nanocrystals upon post-synthesis annealing under an inert atmosphere. Journal of Materials Chemistry C. 4, (39), 9179-9182 (2016).
  27. Scherrer, P. Bestimmung der Größe und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. 2, 98-100 (1918).
  28. Shekhirev, M., Goza, J., Teeter, J., Lipatov, A., Sinitiskii, A. Synthesis of Cesium Lead Halide Quantum Dots. Journal of Chemical Education. 94, (8), 1150-1156 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics