태양광 응용 프로그램에 대 한 모든 무기 할로겐 페로 잉크를 인쇄 하는 잉크젯

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

합성 무기 리드 할로겐 하이브리드 페로 양자 점 잉크 잉크젯 인쇄 및 준비 하 고 게시물 특성화 기술로 잉크젯 프린터에 양자 점 잉크 인쇄 프로토콜에 대 한 프로토콜 표시 됩니다.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

광 무기 페로 양자 점 잉크 및 합성된 잉크를 사용 하는 잉크젯 프린터 증 착 방법, 합성 하는 방법을 시연 됩니다. 잉크 합성 간단한 습식된 화학 반응에 근거 하 고 잉크젯 인쇄 프로토콜은 손쉬운 단계 방법. 잉크젯 인쇄 박막 전자 전송 측정, 축 광 분광학, 광 흡수 분광학, x 선 회절에 의해 특징. 인쇄 된 양자 점 영화의 x 선 회절 (001) 방향으로 orthorhombic 실내 온도 단계와 일관 된 결정 구조를 나타냅니다. 다른 특성화 방법 함께, x-선 회절 측정 표시 고품질 영화 잉크젯 인쇄 방법을 통해 얻어질 수 있다.

Introduction

디 터 웨버 19781,2에 첫번째 유기-무기 하이브리드 할로겐 perovskites 합성. 약 30 년 후 2009 년에 아키 코 지 마와 공동 작업자 조작 베버, 즉 합성 같은 유기-무기 하이브리드 할로겐 perovskites를 사용 하 여 태양광 장치, 채널3NH3PbI3 , 채널3NH3 PbBr33. 이러한 실험의 유기-무기 하이브리드 할로겐 perovskites 태양광 속성에 초점을 맞추고 연구의 후속 해 일 파도의 시작 했다. 2009 년 2018, 장치 전원 변환 효율 극적으로 증가 3.83 에서 23% 이상4, 유기-무기 하이브리드 할로겐 perovskites Si 기반에 비해 태양 전지를 만들기. 유기-무기 할로겐 기반 perovskites와 무기 할로겐 기반 perovskites 시작 했다 주위 2012 때 첫 번째 태양광 장치 효율은 0.95측정 연구 커뮤니티에서 견인을 얻는. 2012 이후 모든 무기 할로겐 기반 perovskites 우기 길이 측정 이상 2017 연구에서 13 %Sanehira 그 외 여러분 에 의해 일부 장치 효율성 6 유기 및 무기 기반 perovskites 레이저7,,89,10, 빛 발광 다이오드11, 와 관련 된 응용 프로그램 들이 12 , 13, 높은 에너지 방사선 탐지14, 사진 검색15,16, 그리고 물론 태양광 응용 프로그램5,,1517,18 . 거의 지난 10 년간, 과학자에서 많은 다른 합성 기술이 등장 하 고 엔지니어 들이 솔루션 처리 방법에서 이르기까지 진공 증기 증 착 기법19,,2021. 솔루션 처리 방법을 사용 하 여 합성 할로겐 perovskites는 유리 잉크 잉크젯 인쇄15에 대 한으로 쉽게 채택 될 수 있다.

1987 년에 처음 보고 태양 전지의 잉크젯 인쇄의 사용을 제시 했다. 그 이후, 과학자와 엔지니어가 매력적인 성능 특성을 가진 모든 무기 태양 전지를 성공적으로 인쇄 하는 방법을 모색 하 고 낮은 구현 비용22. 잉크젯 인쇄 태양 전지, 일반적인 진공 근거한 제조 방법 중 일부에 비해 많은 장점이 있다. 잉크젯 인쇄 방법의 중요 한 측면은 솔루션 기반 자료 잉크로 사용 됩니다. 이 다양 한 재료, 손쉬운 습식된 화학 방법으로 종합 될 수 있는 무기 페로 기반 잉크 등의 시험을 위해 문을 엽니다. 즉, 태양 전지 재료의 잉크젯 인쇄 신속한 프로토 타입을 낮은 비용 경로입니다. 또한 잉크젯 인쇄는 유연한 기판에 넓은 영역을 인쇄 하 고 대기 조건에서 낮은 온도에서 디자인으로 인쇄 할 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 잉크젯 인쇄는 매우 현실적인 저가 롤 투 롤 구현23,24에 대 한 허용 하는 대량 생산에 적합 합니다.

이 문서에서는, 우리는 먼저 합성 무기 페로 양자 점 잉크 잉크젯 인쇄와 관련 된 단계 설명. 다음, 우리 인쇄 및 상업적으로 사용 가능한 잉크젯 프린터를 사용 하 여 광 필름을 인쇄 하는 잉크젯에 대 한 실제 절차에 대 한 잉크를 준비 하기 위한 추가 단계를 설명 합니다. 마지막으로, 우리는 적절 한 화학 및 고품질 장치 성능에 대 한 크리스탈 구성의 영화는 되도록 필요한 인쇄 필름 특성 설명.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

주의: 진행 하기 전에 실험실의 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 이러한 합성 프로토콜에 사용 되는 화학 물질에는 건강 위험 관련 된 있다. 또한, 나노 재료는 추가 위험 그들의 대량 대응에 비해. 증기 두건 또는 글러브와 적절 한 개인 보호 장비 (보호 안경, 장갑, 실험실 외 투, 바지, 폐쇄 발가락 신발, )의 사용을 포함 한 nanocrystal 반응을 수행할 때 모든 적절 한 안전 관행을 사용 하십시오.

1. 전조 합성

  1. 세 슘 oleate 전조 합성
    참고: 세 슘 oleate N2 환경에서 합성 됩니다.
    1. 세 슘의 0.203 g 탄산염 (Cs2CO3), octadecene (ODE) 10 mL 및 올레 산 (OA) 3의 1.025 mL 둥근 바닥 플라스 크를 교 반 센을 추가 합니다. 세 슘 oleate 전조에 대 한 3 센된 둥근 바닥 플라스 크 1 그림 1a에 표시 됩니다.
    2. 온도계 또는 열전대는 목을 통해 고무 스 토퍼 중 하나에 놓습니다.
    3. 나머지 목 중 하나로 고무 격 막을 놓고에는 질소 가스 라인 통해 Schlenk 선 제 3의 그리고 마지막 목을 첨부 합니다. 가스 질소 분위기에서 혼합물을 놓습니다.
    4. 150 ° c 399 mm의 교 반 속도로 지속적인 교 반 혼합이 열/s 완전히 Cs2CO3 까지 2.54 cm 자기 볶음 바를 사용 하 여 녹이 고.
    5. 강 수와 세 슘 oleate 단계 1.1.4에서 동일한 교 반 속도에 감동 하는 휴가의 분해를 피하기 위해 100 ° C의 온도 낮춥니다.
  2. Oleylamine-PbBr2 전조 합성
    참고: Oleylamine PbBr2 전조 N2 환경에서 합성 됩니다.
    1. 37.5 mL 송 시의 oleylamine (OAm), OA, 3.75 mL 둥근 바닥 플라스 크를 저 어 다른 3로2 센 PbBr의 1.35 mmol의 7.5 mL를 추가 합니다. 3 하단 감동적인 플라스 크 라운드 센 위한 OAm-PbBr2 2 그림 1a에 표시 됩니다. 그림 1b 는 순수한 전조 솔루션을 보여 줍니다.
    2. 목의 하나에 온도계 또는 열전대를 배치 하 고 어떤 종류의 폴리머 필름 온도계/열전대 목 인감 그림 1을 참조 하십시오 주위 장소.
    3. 나머지 목 중에서 고무 마 개를 놓고 제 3의 그리고 마지막 목 Schlenk 선 질소 가스 라인에 연결 합니다. 가스 질소 분위기에서 혼합물을 놓습니다.
    4. 100 ° c 599 m m/s PbBr2 완전히 해산 될 때까지 자기 볶음 바를 사용 하 여의 교 반 속도로 지속적인 교 반 혼합 열. 지속적인 교 아래 전조 솔루션 그림 1c에 표시 되 고 완전히 녹아 전조 솔루션 그림 1d에 표시 됩니다.
    5. 지속적인 교 반 170 ° C에 혼합물을가 열, 혼합 일단 아래 170 ° C 열을 저 어 두고 디 그림 1에서에서 본 170 ° C를 도달 어두운 노란색 노란색 색상 변화를 겪 습 주의.

2. CsPbBr3 양자 점 합성

  1. 그림 2와 같이 고무 격 막 통해 플라스 크 3 목에서에서 세 슘 oleate 전조의 1.375 mL 추출 10 cm 긴 18 게이지 바늘 2 mL 유리 주사기를 사용 하는.
  2. 신속 하 게 주사를 통해 고무 격 막, 그림 2b와 같이 OAm-PbBr2 선구자를 포함 하는 세 목 플라스 크로 세 슘 oleate 전조의 1.375 mL. 관찰 가능 색상 변경는 화려한 노란색-녹색, 그림 2c와 같이 해야 합니다.
  3. 세 슘 oleate 전조, 대기 5 s 주입, 후 열에서 3 목 플라스 크를 제거 하 고 그림 3에서처럼 0 ° C에서 얼음/물 목욕으로 3 목 둥근 바닥 플라스 크를 담가.
  4. 구분 세 목 플라스 크에서 솔루션 똑같이 2 테스트 튜브, 약 테스트 튜브 당 25 mL.
  5. 아래 매개 변수를 사용 하 여 원심 분리기로 분리 다음 각 표면에 뜨는 솔루션 아세톤의 25 mL를 추가 합니다.
  6. 그림 3b와 같이 실내 온도 설정, 5 분 동안 2431.65 x g에서 원심 분리기를 사용 하 여 양자 점 들을 구분 합니다.
  7. 빈 테스트 튜브에는 상쾌한 붓는 의해 그림 3 c와 같이 표면에 뜨는 및 centrifuged 양자 점 들을 구분 합니다.
  8. 마지막으로, hexanes 또는 cyclohexanes의 10-25 mL의 분리 된 양자 점 녹. 이 솔루션 다음 얇은 필름 인쇄를 위한 잉크젯 프린터 카트리지에 잉크 사용할 수 있습니다.
    참고: 상업적으로 사용 가능한 잉크젯 프린터 모든 양자 도트 얇은 필름 무기 할로겐 기반 페로 잉크의 인쇄에 사용 되었다. 비정 질 유리 및 인듐 주석 산화물의이 프로토콜 기판에 코팅 된 폴 리 에틸렌 테 레프 탈 레이트 (ITO/PET) 측정 하는 동안 사용 되었다. 기판 표면 인쇄 하기 전에 깨끗 한 확인 하는 기판 뒤에 메탄올 세척 아세톤 세척을 사용 하 여 청소 했다.

3. 프린터 헤드 청소

  1. 먼저 프린터에 연결 되어 있고 전원 잉크 카트리지 및 프린터 헤드에 액세스할 수 있는지 확인 합니다.
  2. 프린터 헤드에서 잉크 카트리지를 제거, 프린터의 상단을 열고 고 센터 위치와 조명, 잉크 카트리지 아래 빨간 불빛으로 돌아갑니다 잉크 카트리지를 기다리는 모든 카트리지를 제거 합니다.
  3. 인쇄 머리를 약간 오른쪽으로 이동 하 고 그림 4와 같이 장소에서 머물 트레이 수 있도록 잉크 트레이에 가드를 꺼내. 잉크 트레이의 뒷면에 도달 하 고 프린트 헤드의 두 반쪽을 분리 하는 플라스틱 분배기를 꼬집어. 부드럽게 당겨 하 고 프린트 헤드는 쉽게 제거 될 것입니다.
  4. 인쇄 헤드를 청소 하려면 몇 밀리미터 따뜻한 물과 접시를 준비 합니다. 잠긴 하단 틈새와 물에 인쇄 헤드를 놓습니다. 이 프린트 헤드를 손상 할 가능성이 있기 때문에 뒤에 녹색 전자 부품과 물 사이 접촉을 피하십시오.
  5. 저항기에 물 드롭 피 펫과 따뜻한 물을 사용 합니다. 1-2 h에 대 한 따뜻한 물에 앉아 인쇄 헤드를 둡니다.
  6. 완료 되 면 따뜻한 물에 몸을 담근 채, 프린터 헤드 연구소 조직에 놓고 적어도 20 분 닦아에서 섬유 잉크 디스 펜스는 틈새에 붙어 얻을 수 있기 때문에 인쇄 헤드의 바닥을 닦아 하지 마십시오 건조 두고.
  7. 프린트 헤드의 위치를 반환 하 고 가드를 다시 원래 위치로 밀어.

4. 인쇄 페로 양자 점 잉크

참고:이 프로토콜은 엄밀한 CD 디스크 트레이의 도움으로 Cd에 CD 라벨을 인쇄 하는 기능을 포함 하는 잉크젯 프린터를 사용 합니다. 하나는 기본 모양 및 기판의 크기를 잘라 하 고 다음 인쇄는 정확한 크기와 모양을 원하는 기판의 CD 디스크에 자체 검정 잉크를 사용 하 여 그림 5와 같이 인쇄 perovskites, 전에 추천 된다.

  1. 디스크의 가장자리에 직선을 인출 하 고 CD 디스크 트레이에 계속. 이 방법으로 CD 템플릿 수 될 줄을 같은 방식으로 모든 시간 하 고 원하는 위치에 인쇄 잉크 확인 합니다.
  2. 디스크에 인쇄 되는 잉크 이미지 기판에 배치. 기판 그림 5b와 같이 더블 양면된 테이프 또는 다른 접착제를 사용 하 여 장소에서 열릴 수 있습니다.
  3. 잉크 카트리지를 작성 하기 전에 오렌지 커버 제대로 설치 되었는지 확인 잉크 카트리지의 하단에 그림 6과 같이 한. 이 카트리지의 하단에 밖으로 흘리 고에서 잉크를 되지 것입니다.
  4. 잉크 솔루션 단계 2.9에서 이루어집니다 그리고 덮개는 카트리지에를 사용 하 여 한 피 펫 잉크 카트리지의 상단에 양자 점 잉크를 주입 그림 6에서 같이 한.
    참고: 양자 점 잉크 갯 솜에 의해 포화 상태가 되 고 남은 잉크 스펀지 옆에 구획에 저장 될 때까지 흡수 됩니다. 잉크 거의 완전 하 게 되 면 상단에서 벗어날 수 있기 때문에-이 구획을 작성 하지 마십시오.
  5. 카트리지를 원하는 금액을 입력은, 고무 마 개의 상단을 연결 하 고 오렌지 하단 커버를 조심 스럽게 제거. 이 작업을 수행할 때 바닥을 통해 탈출 하는 작은 잉크에 대 한 준비.
  6. 고 반드시 제자리에, 그림 6b와 같이, 나머지 카트리지를 비어 있거나 그림 6c와 같이 다음 단계를 계속 하기 전에 전체를 삽입 해야 합니다. 프린터 헤드에 잉크 카트리지를 놓습니다.
  7. 프린터를 닫고 프린터의 멀리 오른쪽으로 돌아가려면 프린터 헤드를 기다립니다.
  8. 양자 점이 포함 된 잉크 카트리지 색상에 해당 인쇄 되 고 이미지의 색상을 확인 하십시오. 녹청, 자홍 또는 노란색의 단단한 이미지를 가장 잘 작동 하도록 발견 되었습니다 (검은 두 개의 검정 카트리지는 때문에 것은).
  9. 하단 오른쪽 모서리와 다음 클릭 인쇄는 화면 지침.
  10. 프린터 워밍업 하는 동안 확인 디스크에 디스크 트레이 올바르게 정렬 되도록 예상 하는 어디에 정확 하 게 화면에 이미지 인쇄 됩니다.
  11. 지시는 프린터에 있는 디스크 덮개를 열고 컴퓨터에 디스크를 포함 하는 디스크 트레이 삽입 하는 사용자는 화면에 표시 됩니다. 이 작업을 수행 하 고 프린터에 이력서 (오렌지 깜박이) 단추를 눌러 또는 그림 7a 7b에서 같이 화면에서 "확인" 버튼을 클릭.
  12. 이 시점에서 프린터 수락할 디스크 트레이 기판에 인쇄 perovskites 후 인쇄; 확인 잉크 막힘으로 기판에 실제로 인쇄 하는 일반적인 문제입니다.
    1. 기판 위에 울트라 바이올렛 (UV) 램프를 잡고, 그림 7c; 비슷한 될 것입니다 인쇄 작동 하지 않은 경우 그렇지 않으면 거기 것 이다 될 luminescing 그림 7d에서 필름 위의 프로토콜 제대로 작동 하는 경우.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

결정 구조 특성

결정 구조를 특성화 하는 것은 무기 perovskites의 합성에 관한 중요 합니다. X 선 회절 (XRD) 1.54 Å 파장 Cu-Kα 광원을 사용 하 여 diffractometer에 실내 온도에 공기에서 수행 되었다. 그림 8에서 같이 CsPbBr3 양자 점 잉크에 대 한 실내 온도 orthorhombic 크리스탈 구조에 연결 되어야 위의 프로토콜을 사용 하는.

XRD 결과, 그림 8과 같이, 결정 CsPbBr3 qd는 잉크 문학8 에서 보고서와 좋은 계약에 잉크젯 인쇄 과정 후 orthorhombic 실내 온도 페로 구조 유지 표시 , 15 , 25 , 26. the Scherrer 방정식27 사용할 수 있습니다 함께에서 표준 Lorentzian 배포 피팅 기능 (220) 브래그 피크의 경우에이 약 5.5 양자 점 크기를 결정 nm 직경에서. Scherrer 방정식 아래
Equation
여기서 D 양자 도트의 직경, k 치수 모양 요인, λ 는 x 선 파장, β 는 라디안, 피크의 절반 최대에 전각 이며 θ 는 Bragg 회절 각도. 형상 계수, k = 0.89 나노 같은 큐브 사용 되,28의 계산 이용 되었다.

광 흡수 및 Photoluminescence 분광학 특성화

그것은 잘 알려진 이러한 무기 페로 양자 점의 광학 속성 양자 점 크기와 무기 (양이온)과 할로겐 (음이온) 원자 산출할에 민감합니다. 크기 또는 양자 점의 산출할 작은 변화는 다른 흡수 및 발광 프로필 이어질 것입니다. 광 흡수 및 photoluminescence 중수소-할로겐 광원 UV-Near 적외선 (UV-NIR) 고해상도 분석기를 갖춘 중수소 램프 파장 범위는 210-400 nm이 고 할로겐 램프 파장으로 수행한 범위는 360-1500 nm 이다. 그림 8b photoluminescence 프로필 (검은색 곡선) CsPbBr3 에 대 한 표시 됩니다 피크 위치 이며 ≈ 520 nm. 마찬가지로, 그림 8b, 광 흡수 프로 파일 (빨간 곡선) CsPbBr3 excitonic 피크와 표시 관찰 약 440 nm. 성공적으로 실행 하는 경우 위의 프로토콜 photoluminescence 및 흡수 프로 파일 그림 8b와 같이 발생 한다.

전자 전송 특성

sourcemeter, picoammeter, 그리고 멀티 미터는 전류-전압 (I-v) 곡선을 측정 하기 위해 사용 되었다. 임피던스 분석기는 커패시턴스-전압 (C-V) 곡선을 측정 하기 위해 사용 되었다. 그림 8 c d 8에서 같이-V와 C-V 측정 어둡고 밝은 조건에서 인쇄 된 영화에 대 한 촬영 했다. 조명 없이 1.0 V 적용 전압에 1.3 pA의 전류를 측정 했다. 조명, 광원 비해 14.1 mW/cm2에서 측정 된 전류 증가 선형 2.64 1.0 V에서 전압을 적용. 중요 0이 아닌 전류, 빛 조명 아래 모습 영화 광 임을 나타냅니다. 온/오프 비율, 10로 높은 영화 매우 높은 전시 수9, photodetection에 관련 된 좋은 잠재적인 응용 프로그램을 제안.

경우 없는 조명, 그림 8d에서 볼 수 있듯이 영화 어두운 조건 하에서 매우 낮은 커패시턴스를 전시 한다. 밝은 조명 아래 제로 바이어스 14.45 커패시턴스 증가 측정 nF. 때 빛 조명 아래 제로 바이어스에서 측정 된 0이 아닌 커패시턴스는 영화는 광 하는 또 다른 표시 이다.

Figure 1
그림 1: 양자 점 합성 전조. (a) 세 슘 oleate 전조 1 그리고 3 센된 플라스 크에 OAm-PbBr2 전조 3 센된 플라스 크에 표시 2. (b) oleylamine 및 PbBr2 를 끼워 넣고 3 센된 플라스 크. (c) 혼합 고 난방 OAm-PbBr2 전조 솔루션. (d) OAm-PbBr2 전조 완전히 해산 했다, 어두운 노란 색상 변경 통지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 전조 주입 방법. (a)의 주입에 대 한 세 슘 oleate 1.375 mL 추출. (b) OAm-PbBr2 솔루션으로 세 슘 oleate를 주입 (c) 빠른 색깔 변화 및 양자 점 솔루션의 형성 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: 얼음 목욕 및 Centrifuging. (a) 합성된 양자 점 솔루션 솔루션 원심 분리기에 동등한 양의 얼음 목욕 (b) 2 관에 배치. (c) 양자 도트 분말, 게시물 centrifuging에 표면에 뜨는 솔루션 테스트 튜브의 하단에. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4: 절단 기판 및 인쇄 서식 파일을 연결. (a) ITO/PET 기판 밖으로 절단. (연결 된 기판으로 b)는 인쇄 템플릿. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5: 프린트 헤드 제거. (a)는 인쇄 머리는 약간 오른쪽 화살표로 표시 추진 하 여 제거할 수 있습니다. (b) 후 프린트 헤드 제거 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6: 양자 점 잉크와 잉크 카트리지를 로드. (a) 잉크 카트리지 를 통해 한 피 펫에 잉크를 주입 (b) 가득 삽입 잉크 카트리지 인쇄 머리에. (c) 삽입 빈 잉크 카트리지 인쇄 머리에 남아 있는. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 7
그림 7: 인쇄 및 품질 체크. (a) 디스크 트레이 프린터에 삽입. (b) 오렌지 깜박이 버튼 인쇄 절차 시작을 누르면. (아니 영화로 c)는 실패 한 인쇄는 UV 조명의 밑에 존재 합니다. (d)는 성공적인 인쇄 UV 조명의 밑에 영화의 존재에 의해 표시 된 대로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 8
그림 8: 게시 인쇄 특성. (CsPbBr에 대 한 a) x 선 회절 스펙트럼3. (b) 광학 흡수 스펙트럼 (빨간 곡선) 그리고 photoluminescence 스펙트럼 (검은색 곡선). (CsPbBr3 조명 (빨간 곡선)에서 고 (파란색 곡선) 어둠 속에서 c) 전류-전압 스펙트럼. (CsPbBr3 조명 (빨간 곡선)에서 고 (파란색 곡선) 어둠 속에서 d) 커패시턴스-전압 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

최종 인쇄 된 필름에 영향을 주는 잉크젯 인쇄 프로세스에 관련 된 많은 매개 변수가 있습니다. 이 프로토콜의 범위를 벗어납니다 매개 변수들의 토론 하지만이 프로토콜 솔루션 기반 합성 및 증 착 방법에 초점을 맞추고, 그것은 다른 유명한 솔루션 기반 증 착 방법에 짧은 비교를 주고 적절 한:는 스핀 코팅 방법 그리고 닥터 블레이드 방법.

스핀 코팅 방법 매우 빠르고, 균일 한 필름을 생산 이며 저렴 한 비용. 필름 두께 점도 스핀 coater의 회전 속도 조정 하 여 다양 한 수 있습니다. 스핀-코팅 재료의 대부분은 회전 후 표면에서 배출 하기 때문에 매우 낭비 것으로 알려져 있다. 스핀 코팅은 또한 느린 과정이 샘플 샘플 때문에, 따라서 스핀 코팅 대규모 처리에 적합 하지 않습니다. 다른 쪽에는 닥터 블레이드 방법 또한 간단 하 고 저렴 한 비용입니다. 진짜 장점은 영화, 균일 한 두께 하지만 닥터 블레이드 방법 매우 느립니다 및 거 대 한 양의 재료를 낭비. 잉크젯 프린팅 스핀 코팅, 닥터 블레이드 방법 처럼 낮은 비용입니다. 디자인에 의해 인쇄 하는 기능 잉크젯 인쇄 의사-blading와 스핀 코팅에 비해 큰 장점입니다. 또한, 잉크젯 인쇄 재료 사용 재료 낭비 측면에서 매우 효율적입니다. 잉크젯 인쇄 넓은 영역 및 신속한 프로토 타입 이기도합니다. 이러한 기능 잉크젯 인쇄 롤 투 롤 제조 추가 combinatoric 기능에 대 한 높은 잠재력을 가진 것이 좋습니다.

잉크젯 인쇄는 유망한 증 착 기술을 거기 몇 가지 제한이 있습니다: 프린터 헤드 막힘, 인쇄 용 매, 및 영화 동질성의 수 제한. 다양성 측면에서 가장 큰 제한은 모든 용 매 적합 하 고 경우에 따라 인쇄 구성 요소를 손상 시킬 수 있습니다 프린터에 사용 되는 용 제와 관련이 있습니다. 예, 그것 아니다 아마이 건조 것입니다 또는 일부 프린터 부품의 분해 잉크 용 매로 아세톤을 사용 하는 것이 좋습니다. 프린트 헤드 및 기타 분야에서 일부 용 고무 가스 켓의 확장이 될 수 있습니다. 모든 조각 인쇄 과정 확대 경우, 10 분 동안 따뜻한 물에 고 완전히 건조 정상 크기에 반환.

막힌된 프린터 헤드는 또 다른 장애물 고 그들을 깨끗 하 게 유지 하는 것은이 프로토콜에 중요 한 단계 이다. 프린터 구성 하기 전에 청결 한 유지 되어야 한다 그리고 인쇄 게시. 인쇄 헤드 고무 가스 켓 잉크 카트리지 슬롯의 각에 그들을 둘러싼 금속 저항 포함 한다. 가스 켓 잉크 카트리지 및 프린터 헤드 사이 물개 유지의 목적을 나타낸다. 프린트 헤드와 가스 켓을 유지 하는 것이 중요 하다 가능한 깨끗 한. 또한, 수 부드러운 가스 켓 제거 제거 시 손상 될 수 있습니다.

낮은 비용과 높은 성능 인쇄 태양 전지 재료의 높은 효율, 높은 안정성 및 틈새 응용 프로그램에서 낮은-비용 에너지 생성을 달성 하기 위한 한 번가, 여전히 수 수 하지만 대규모 배포에 대 한 실리콘 기반 소재 경쟁 하지 않습니다. 또한, 쉽게 롤 대 롤 호환 잉크젯 인쇄 방법은 현실적으로 확장 가능한 "인쇄" 전자 제품에 대 한 기초를 제공 합니다. 사용 가능한 기판 및 잉크의 광대 한 번호, 잉크젯 인쇄는 광범위 한 응용 프로그램에 대 한 가볍고, 유연 하 고, 저전력 전자 장치 제조 액세스할 수 있습니다. 태양광 발전을 양자 점 디스플레이 트랜지스터에서 잉크젯 인쇄 장치 제조의 흥미로운 분야 이며 큰 약속을 보여줍니다. 디자인 규칙 잉크젯 인쇄의 세트와 함께 사용 하는 경우 응용 프로그램에 대 한 원하는 속성 인쇄 재료 공학에 대 한 도구로 사용할 수 있습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

저자는 금융 충돌의 관심을가지고 하 고 공개 하는 것이 없다.

Acknowledgments

이 작품은 에너지 과학 연구에 대 한 네브라스카 MRSEC (그랜트 DMR-1420645), 체-1565692, 체 145533 뿐만 아니라 네브라스카 센터 통해 국립 과학 재단에 의해 지원 되었다.

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