Fotovoltaik uygulamalar için tüm inorganik Halide Perovskite mürekkepler baskı mürekkep püskürtmeli

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

Kurşun halide inorganik hibrid perovskite kuantum nokta mürekkepler mürekkep püskürtmeli baskı için ve hazırlama ve bir mürekkep püskürtmeli yazıcı yazı karakterizasyonu teknikleri ile kuantum nokta mürekkep baskı için protokol sentezleme için bir protokol sunulmuştur.

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

Fotoaktif inorganik perovskite kuantum nokta mürekkepler ve sentezlenmiş mürekkepler kullanılarak bir mürekkep püskürtmeli yazıcı biriktirme yöntemi sentezleme yöntemi gösterdi. Mürekkep sentez basit bir ıslak kimyasal tepki olarak dayanmaktadır ve mürekkep püskürtmeli baskı iletişim kuralı bir facile adım adım bir yöntemdir. İnce filmleri inkjet baskılı x-ışını kırınım, optik soğurma spektroskopisi, photoluminescent spektroskopisi ve elektronik aktarım ölçümleri ile karakterizedir. X-ışını kırınım yazdırılan kuantum nokta filmlerin bir kristal yapısı ile bir ortorombik oda sıcaklığında faz (001) yönlendirmesi ile tutarlı gösterir. Diğer karakterizasyon yöntemleri ile birlikte, yüksek kaliteli filmler mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi ile elde edilebilir x-ışını kırınım ölçümleri göster.

Introduction

Dieter Weber ilk organik-inorganik hibrid halide perovskites 19781,2sentezledim. Yaklaşık 30 yıl sonra 2009 yılında fabrikasyon Akihiro Kojima ve işbirlikçileri fotovoltaik cihazlar yani Weber tarafından sentezlenen organik-inorganik hibrid halide perovskites kullanarak, CH3NH3PBI3 ve CH3NH3 PbBr33. Bu deneyler araştırma organik-inorganik hibrid halide perovskites fotovoltaik özellikleri üzerinde odaklanan bir sonraki deprem dalgası başlangıçtı. 2018 için 2009 aygıt güç dönüşüm verimliliği önemli ölçüde artış % 3.83 %23 üzerinde organik-inorganik hibrid halide perovskites Si tabanlı karşılaştırılabilir güneş hücreleri yapma mı4,. Olarak ne zaman ilk fotovoltaik aygıt verimliliği %0,95olarak ölçüldü 2012 civarında kazanç arazi araştırma topluluk halide tabanlı organik-inorganik perovskites ile inorganik halide tabanlı perovskites başladı. 2012 yılından bu yana tüm inorganik perovskites halide tabanlı 2017 çalışma olduğu gibi % 13 üzerinde olmak Sanehira vd tarafından ölçülen bazı aygıt verimliliği ile uzun bir yol katettik 6 temel organik ve inorganik tabanlı perovskites lazerler7,8,9,10için ışık yayan diyotlar11, ilgili uygulamalar bulabilirsiniz. 12 , 13, yüksek enerjili radyasyon algılama14, fotoğraf algılama15,16ve tabii fotovoltaik uygulamaları5,15,17,18 . Neredeyse son on yılda, birçok farklı sentez teknikleri bilim adamları çıkmıştır ve vakum işlenmiş çözüm yöntemleri arasında değişen mühendisleri ifade teknikleri19,20,21Buhar. Onlar kolayca mürekkep püskürtmeli15baskı için mürekkep olarak istihdam edilebilir bir çözüm işlenen yöntemiyle sentezlenmiş halide perovskites avantajlı şunlardır.

1987 yılında, ilk mürekkep püskürtmeli baskı güneş hücrelerinin kullanımı sunuldu bildirdi. O zamandan beri bilim adamları ve mühendisleri başarıyla tüm inorganik güneş pilleri çekici performans özellikleri ile yazdırmanın yolları çalışmışlardır ve düşük uygulama maliyeti22. Mürekkep püskürtmeli baskı güneş hücreleri, bazı ortak vakum göre imalat yöntemleri ile karşılaştırıldığında pek çok avantajı vardır. Önemli bir unsuru, mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi çözüm tabanlı malzemeler mürekkepler kullanılır. Bu denemeler inorganik perovskite bazli mürekkep facile ıslak kimyasal yöntemlerle sentez gibi birçok farklı malzemelerin için kapıyı açar. Başka bir deyişle, mürekkep püskürtmeli baskı güneş pili malzemelerin hızlı prototipleme için bir düşük maliyetli yoldur. Mürekkep püskürtmeli baskı da geniş alanlar esnek yüzeyler üzerinde baskı ve tasarım atmosferik koşullarda düşük sıcaklıklarda yazdırmak için güçlü olmanın avantajları vardır. Ayrıca, mürekkep püskürtmeli baskı son derece seri üretim gerçekçi düşük maliyetli rulo rulo uygulaması23,24için izin için uygundur.

Bu makalede, biz ilk inorganik perovskite kuantum nokta mürekkepler mürekkep püskürtmeli baskı için sentezleme ile ilgili adımları tartışmak. O zaman, mürekkepler baskı ve gerçek yordamlar için piyasada bulunan mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanarak bir fotoaktif film baskı mürekkep püskürtmeli hazırlama ek adımları anlatılmaktadır. Son olarak, biz filmleri uygun kimyasal ve kristal kompozisyon için yüksek kaliteli cihaz performans sağlamak gerekli olan alan nitelik özellikleri yazdırılan filmlerin tartışıyorlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Lütfen devam etmeden önce laboratuar malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) başvurun. Bu sentez Protokoller'de kullanılan kimyasalların sağlık tehlikeleri ilişkili. Ayrıca, Nanomalzemeler onların toplu muadili karşılaştırıldığında ek tehlikeler var. Lütfen tüm uygun güvenlik uygulamaları bir duman başlık veya torpido ve uygun kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, pantolon, kapalı-toe ayakkabı, vb) kullanımı gibi bir nanocrystal tepki yerine getirirken kullanın.

1. öncü sentezi

  1. Sezyum oleat habercisi sentezi
    Not: Sezyum oleat altında N2 çevre sentezlenir.
    1. Sezyum 0.203 gr karbonat (Cs2CO3), octadecene (ODE) 10 mL ve oleik asit (OA) bir üç 1.025 mL şişe karıştırma alt yakalı ekleyin. Sezyum oleat habercisi üç boyunlu yuvarlak alt şişesi 1 Şekil1a etiketlenir.
    2. Bir termometre veya ısıl boyunlu yoluyla bir kauçuk tıpa yerleştirin.
    3. Kauçuk septum kalan boyunlarını birinin içine yerleştirin ve üçüncü ve son boyun bir Azot Gaz hattı üzerinden için bir Schlenk satırı ekleyebilirsiniz. Bir gaz azot atmosferi altında karışımı yerleştirin.
    4. 150 ° C 399 mm heyecan verici bir hızda sürekli karıştırarak ile karışıma ısı/s 2,54 cm manyetik heyecan bar Cs2CO3 kadar tam olarak kullanarak çözer.
    5. Daha düşük sıcaklık 100 ° c yağmur damlaları ve sezyum oleat ve adım 1.1.4 olduğu gibi aynı karıştırma hızda karıştırma bırakın ayrışma önlemek için.
  2. Oleylamine-PbBr2 habercisi sentezi
    Not: Oleylamine-PbBr2 öncül altında N2 çevre sentezlenir.
    1. ODE, 37.5 mL oleylamine (OAm), OA 3.75 mL ve2 başka bir üç içine şişesi karıştırma alt yakalı PbBr, 1,35 mmol 7.5 mL ekleyin. Avustralyalı-PbBr2 2 Şekil 1a' etiketli için üç alt karıştırma kabı yakalı. Şekil 1b karışmamış öncü çözüm gösterir.
    2. Bir termometre veya ısıl boyunlarını birinin içine yerleştirin ve polimer film boyun mühür, Şekil 1bakınız için termometre/ısıl çevresinde bir yer.
    3. Kauçuk tıpa kalan boyunlarını taşıyıcıya yerleştirin ve sonra üçüncü ve son boyun azot gaz borusu Schlenk hattı üzerinden ekleyin. Karışım Gaz azot atmosferi altında yerleştirin.
    4. 599 mm/s PbBr2 tamamen eriyene kadar bir manyetik heyecan çubuğunu kullanarak heyecan verici bir hızda sürekli karıştırarak ile 100 ° C karışıma ısı. Öncü çözüm sürekli karıştırma altında resim 1c ile gösterilir ve tam olarak çözünmüş öncü çözüm Şekil 1d içinde gösterilir.
    5. 170 ° C sürekli karıştırarak ile karışıma ısı, 170 ° C olarak görülen ö. 1 rakamulaşan terk ettikten sonra küçük 170 ° C ısı karıştırarak karışımı koyu sarı bir renk değişikliği uğrar dikkat edin.

2. CsPbBr3 kuantum nokta sentezi

  1. 2 mL Cam şırınga 10 cm uzun 18 gauge iğne ile hulâsa istimal sezyum oleat habercisi 1,375 mL üç boyun balon lastik septum ile gelen Şekil 2' de gösterildiği gibi bir.
  2. Hızlı bir şekilde enjekte, yolu ile kauçuk septum, sezyum oleat habercisi OAm PbBr2 habercisi Şekil 2B'de gösterildiği gibi içeren üç boyun balonun içine 1,375 mL. Bir gözlemlenebilir renk değişikliği, parlak bir sarı-yeşil, Şekil 2c gösterildiği gibi olmalıdır.
  3. Enjekte sezyum oleat habercisi, bekle 5 s sonra üç boyun kabı ateşten alın ve Şekil 3' te gösterilen 0 ° C'de bir buz/su banyosu içine üç-boyun yuvarlak alt şişeyi bırakın bir.
  4. Üç boyun şişeye çözümde eşit kabaca 25 mL tüp başına 2 test tüpleri ayırın.
  5. 25 mL aseton süpernatant her çözüm ekleyin, sonra aşağıdaki parametreleri kullanarak santrifüj ile ayırın.
  6. Oda sıcaklık ayarında, 5 min için de 2431.65 x g bir santrifüj kullanarak kuantum nokta Şekil 3b' gösterildiği gibi ayırın.
  7. Süpernatant ve centrifuged kuantum noktaları süpernatant boş bir tüp dökerek Şekil 3 c, gösterildiği gibi ayırın.
  8. Son olarak, hexanes veya cyclohexanes 10-25 ml ayrılmış kuantum nokta geçiyoruz. Bu çözüm, daha sonra yazdırma ince filmler için bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kartuşları olarak kullanılabilir.
    Not: Piyasada bulunan mürekkep püskürtmeli yazıcı tüm kuantum nokta ince filmler inorganik halide tabanlı perovskite mürekkep yazdırmak için kullanıldı. İçinde bu protokolü yüzeylerde amorf cam ve indiyum kalay oksit kaplı polietilen tereftalat (ITO/PET) ölçümleri sırasında kullanılmıştır. Substrat yüzey yazdırmadan önce temiz olduğundan emin olmak için yüzeylerde metanol yıkama tarafından takip bir aseton yıkama kullanarak temizlenmiştir.

3. yazıcı kafası temizleme

  1. Önce yazıcının takılı ve mürekkep kartuş ve yazıcı kafası erişmek için güç açık olduğundan emin olun.
  2. Mürekkep kartuşlarını yazıcı başından kaldırın, yazıcının üst açmak ve merkezi konumu ve kırmızı ışıklar altında aydınlatılmış için mürekkep kartuşları geri dönmek mürekkep kartuşları beklemek ve tüm kartuşları çıkarın.
  3. Yazıcı kafasını hafifçe sağa hareket ettirin ve böylece o Şekil 4' te gösterildiği gibi bir yerde kalmak tepsi bırakmak mürekkep tepsi tetikte dışarı çekin. Mürekkep tepsi arkasına doğru ulaşmak ve yazıcı kafası iki yarısı ayıran plastik bölücü çimdik. Yavaşça çekin ve yazıcı kafası kolayca kaldırılır.
  4. Yazdırma kafasını temizlemek için sıcak su birkaç milimetre ile bir yemek hazırlayın. Yazdırma kafası batık altındaki yırtmaçlı suyla yerleştirin. Bu yazıcı kafası zarar potansiyeline sahiptir çünkü arkasında yeşil elektronik parçalar ve su arasındaki temas kaçının.
  5. Bir pipet ve sıcak su su dirençler üzerinde silmek için kullanın. 1-2 h için sıcak suda oturan yazdırma kafası bırakın.
  6. Bir kez ılık suda iliklerine kadar bitmiş, yazıcı kafası bir laboratuvar doku üzerinde yerleştirin ve en az 20 dk. silme lifleri slits içinde mürekkep nerede reçete sıkışmış almak çünkü yazdırma kafası alt silerek kaçının kurumaya bırakın.
  7. Yazdırma kafası konumuna döndürmek ve bekçi geri özgün konumuna geri itin.

4. baskı Perovskite kuantum nokta mürekkepler

Not: Katı bir CD yuvarlak yüzey tepsi yardımıyla CD'lere CD etiketleri yazdırma yeteneğini içerir bir mürekkep püskürtmeli yazıcı bu protokolü kullanır. Tavsiye edilir yazdırma perovskites önce bir bir tercih edilen şekil ve büyüklük-in belgili tanımlık substrate kesip ve sonra tam boyutunu ve şeklini istenen substrat CD disk üzerinde kendisi siyah mürekkep kullanarak Şekil 5' te gösterildiği gibi yazdırın.

  1. Diskin kenarında düz bir çizgi çizmek ve CD yuvarlak yüzey tepsi devam ediyor. Bu şekilde, CD şablonu aynı şekilde her zaman kaplı ve istediğiniz konumda mürekkepler baskı.
  2. Belgili tanımlık substrate disk üzerinde basılı mürekkebi görüntüler üzerine getirin. Belgili tanımlık substrate çift taraflı bant veya bazı diğer yapışkan, Şekil 5B'de gösterildiği gibi kullanarak yerde tutulamaz.
  3. Mürekkep kartuşlarını doldurmadan önce turuncu kapak Mürekkep Kartuşu, altta yüklü doğru Şekil 6' da gösterildiği gibi olun bir. Bu mürekkep kartuşu alt dökülmesini engeller.
  4. Mürekkep çözüm adım 2.9, olduğu gibi yapılır ve kapağı çıkarma, sonra bir pipet kuantum nokta mürekkep mürekkep kartuşu, üst içine enjekte etmek Şekil 6' da gösterildiği gibi kullanmaya devam bir.
    Not: Kuantum nokta mürekkep tarafından sünger doymuş hale gelir ve kalan mürekkebi-ecek var olmak stok içinde sünger yanında bölme kadar absorbe edilebilir. Çünkü neredeyse dolduğu zaman mürekkep en baştan kaçış bu bölümü aşırı dolum önlemek.
  5. Bir kez kartuş için istediğiniz miktarı girilir, kauçuk tıpa ile üst takın ve dikkatle turuncu alt kapağını çıkarın. Bu eylemi gerçekleştirirken alttan kaçmak küçük bir mürekkep için hazır olun.
  6. Mürekkep Kartuşu yazıcı kafasına yer ve Şekil 6bgösterildiği gibi oturana, emin olun, kalan kartuşları, boş veya dolu Şekil 6C'de gösterildiği gibi sonraki adıma devam etmeden önce taktığınızdan emin olun.
  7. Yazıcıyı kapatın ve yazıcının çok sağ tarafına dönmek yazıcı kafa için bekleyin.
  8. Yazdırılan kuantum noktaları içeren mürekkep kartuş rengi karşılık gelen görüntülerin renk emin olun. Camgöbeği, macenta veya sarı sağlam bir görüntü en iyi çalışacak şekilde bulundu (siyah iki siyah kartuşları olduğundan zordur).
  9. Tıklatın baskı alt sağ köşesinde ve takip ekrandaki yönergeleri.
  10. Yazıcı ısınıyor iken, öyle ki ekranda görüntü beklenen tam olarak nerede yazdırılacağını diskin disk tepsiye düzgün uyumlu kontrol edin.
  11. Bir yönergenin Kullanıcı yazıcıdaki disk kapağını açın ve makinenin içine disk içeren disk tepsisini yerleştirin yönlendirir ekranda görünür. Bu eylemi gerçekleştirmek ve sonra yazıcıyı (turuncu yanıp sönen) resume düğmesine basın veya şekil 7a ve 7bgösterildiği gibi ekranında, "Tamam" düğmesini tıklatın.
  12. Bu noktada baskı tamamlandıktan sonra yazıcının disk tepsisi ve yüzey üzerinde baskı perovskites kabul eder; kontrol mürekkepler aslında tıkanma olarak substrat üzerine basılmış sık karşılaşılan bir sorundur.
    1. Bir ultra violet (UV) lamba yüzey üzerinde tutun, baskı işe yaramadı eğer orada-ecek var olmak Şekil 7c-benzer bir şey; Aksi takdirde orada luminescing olduğu gibi Şekil 7d film yukarıdaki Protokolü düzgün çalıştı eğer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Kristal yapısı karakterizasyonu

Kristal yapısı karakterize inorganik perovskites sentezi ile ilgili hayati önem taşımaktadır. X-ışını kırınım (XRD) dalga boyu Cu-Kα ışık kaynağı Å 1.54 kullanarak bir diffractometer üzerinde oda sıcaklığında havada gerçekleştirildi. Yukarıdaki iletişim kurallarını kullanarak götürmek-e doğru CsPbBr3 kuantum nokta mürekkepler için bir oda sıcaklığında ortorombik kristal yapısı Şekil 8' de gösterildiği gibi bir.

XRD sonuçları, Şekil 8' de gösterildiği gibi a, kristal CsPbBr3 QD mürekkepler iyi anlaşma raporları edebiyat8 ile mürekkep püskürtmeli baskı işlemi sonra bir ortorombik oda sıcaklığında perovskite yapısını korumak gösterir , 15 , 25 , 26. Scherrer denklem27 birlikte standart Lorentzian dağılım fonksiyonu (220) Bragg tepe uydurma bu durumda yaklaşık 5.5 olduğunu kuantum nokta boyutunu belirlemek için kullanılabilir nm çapındadır. Scherrer denklem aşağıda gösterilmiştir,
Equation
nerede kuantum nokta çapı D olduğunu, k bir boyutsuz şekil faktördür, λ X-ray dalga boyu, β tam-yarım-maksimum Peak radyan cinsinden genişliktir ise θ Bragg kırınımı açı. Bir şekil faktörü, k nano tanecikleri gibi küp için kullanılan, içinde hesaplamalar28kullanılmıştır 0.89 =.

Optik emme ve Photoluminescence spektroskopisi karakterizasyonu

İyi bu inorganik perovskite kuantum noktaları optik özelliklerini kuantum nokta boyutu ve stoichiometry inorganik (katyon) ve halide (anyon) atomların hassas bilinmektedir. Küçük değişiklikler boyutu veya stoichiometry kuantum nokta farklı emme ve ışıldama profilleri yol açacaktır. Optik emme ve photoluminescence döteryum lamba dalgaboyu aralığı 210-400 nm ve halojen lamba dalga boyu nerede UV-Near kızılötesi (UV-NIR) bir yüksek çözünürlüklü Spektrometre ile donatılmış bir döteryum-halojen ışık kaynağı ile yapıldı 360-1500 nm aralıktır. Şekil 8b, CsPbBr3 photoluminescence profil (siyah eğri) gösterilir ve en yüksek konumdur ≈ 520 nm. Benzer şekilde, optik emme profili (kırmızı eğri) yaklaşık 440 için CsPbBr3 excitonic bir tepe ile gösterilen Şekil 8b gözlenen nm. Yukarıdaki Protokolü başarıyla yürütüldü Şekil 8B'de gösterildiği gibi photoluminescence ve emilimi profilinde sonuçlanmalıdır.

Elektronik taşıma karakterizasyonu

Bir sourcemeter, bir picoammeter ve bir multimetre akım-gerilim (ı-V) eğrileri ölçmek için kullanılmıştır. Bir empedans analizörü kapasite-gerilim (C-V) eğrileri ölçmek için kullanıldı. -V ve C-V ölçümleri karanlık ve ışık koşulları altında yazdırılan filmler için rakamlar 8 c ve 8 dgösterildiği gibi alınmıştır. Aydınlatma 1.3 PA 1.0 uygulanan V gerilimi, koyu bir akıntı ölçüldü. Aydınlatma, ışık kaynağı fluences 14.1 mW/cm2' nin altında ölçülen mevcut artan doğrusal olarak 2.64 için mA 1.0 V'de uygulanan gerilim. Işık aydınlatma altında önemli bir sıfır olmayan geçerli görünümünü film fotoaktif olduğunu gösterir. Filmler çok yüksek sergilemek açık/kapalı oranları, 10'a kadar yüksek olan photodetection için ilgili iyi potansiyel uygulamalar göstermektedir9,.

Şekil 8d görüldüğü gibi hiçbir aydınlatma bulunduğunda filmleri karanlık koşullarda çok düşük kapasitans sergi. Işık aydınlatma altında sıfır önyargı 14,45 kapasite artışları ölçülen nF. Ne zaman ışık aydınlatma altında ölçülen bir sıfır olmayan kapasite sıfır-önyargı, başka bir göstergesidir filmleri fotoaktif vardır.

Figure 1
Şekil 1: kuantum nokta habercisi sentez. (a) sezyum oleat habercisi 1 ve üç boyunlu şişe OAm PbBr2 habercisi olarak etiketlenen üç boyunlu şişe içinde 2 etiketli. (b) oleylamine ve PbBr2 üç boyunlu şişe koyarak. (c) karıştırma ve Isıtma OAm PbBr2 öncü çözüm. (d) Avustralyalı-PbBr2 habercisi tam çözünmüş, koyu sarı renk değiştirmek dikkat edin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: öncü enjeksiyon yöntemi. (a) sezyum oleat enjeksiyon için 1,375 mL ayıklanıyor. (b) sezyum oleat OAm PbBr2 çözüm enjekte. (c) hızlı renk değişikliği ve kuantum nokta çözüm oluşumu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: buz banyosu ve Centrifuging. (a) sentezlenmiş kuantum nokta çözüm çözüm santrifüje yerleştirilen eşit miktarda buz banyosu (b) iki tüplerde yerleştirilir. (c) kuantum nokta toz Tüp üst, yazı centrifuging açma süpernatant çözümü ile dibinde. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: kesme substrat ve baskı şablon iliştirerek. (a) ITO/PET substrat kesmek. (b) ekli substrat ile yazdırma şablonu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: yazdırma kafasını kaldırma. (a) yazdırma kafası şu biraz okla gösterilen iterek kaldırılabilir. (b) yazdırma kafası çıkarıldıktan sonra. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: mürekkep kartuşlarını kuantum nokta mürekkep ile yükleme. (a) mürekkep kartuşları ile bir pipet mürekkep enjekte ediliyor. (b) dolu ekleme Mürekkep Kartuşu yazıcı kafasının içine. (c) boş mürekkep kartuşları yazıcı kafasının kalan ekleme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: baskı ve kalite onay. (a) yazıcının içine disk tepsisinin takılması. (b) yazdırma yordamı başlatmak için yanıp sönen turuncu düğmesine basarak. (c) bir başarısız yazdırma film yok olarak UV ışık altında mevcuttur. (d) başarılı bir baskı filmi UV ışık altında varlığı tarafından belirtildiği gibi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8: mesaj baskı karakterizasyonu. (a) x-ışını kırınım spektrum CsPbBr için3. (b) optik soğurma spektrumu (kırmızı eğri) ve photoluminescence spektrum (siyah eğri). (c) akım-gerilim spektrum CsPbBr3 aydınlatma (kırmızı eğri) altında ve karanlıkta (mavi eğri) için. (d) kapasite voltajlı spektrum CsPbBr3 aydınlatma (kırmızı eğri) altında ve karanlıkta (mavi eğri) için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Son yazdırılan filmi etkileyen mürekkep püskürtmeli baskı sürecine dahil birçok parametre vardır. Bu parametreler tartışılması bu iletişim kuralı kapsamı dışındadır, ancak bu iletişim kuralı bir çözüm tabanlı sentezi ve biriktirme yöntemi üzerinde duruluyor gibi bunu diğer tanınmış çözüm tabanlı ifade yöntemleri kısa bir karşılaştırma vermek uygundur: spin-kaplama yöntemi ve Doktor blade yöntemi.

Spin-kaplama yöntemi çok hızlı, tek tip filmler üretir ve düşük maliyetidir. Film kalınlığı viskozite ve dönüş hızı ve spin coater ayarlayarak farklı olabilir. Spin-kaplama iplik sonra yüzeyden malzeme çoğunu dışarı atmak çünkü çok savurgan olduğu bilinmektedir. Çünkü süreç örnek örnek spin-kaplama da yavaş, böylece spin-kaplama büyük ölçekli işleme için uygun değildir. Diğer tarafta aynı zamanda düşük maliyetli ve basit doktor blade yöntemidir. Gerçek avantaj filmleri Tekdüzen kalınlığı, ama doktor blade yöntemi çok yavaş ve malzeme büyük miktarda atıklar. Mürekkep püskürtmeli baskı spin-kaplama ve Doktor blade yöntemleri gibi düşük maliyetidir. Tasarım tarafından yazdırma olanağı Doktor-blading ve spin-kaplama ile karşılaştırıldığında mürekkep püskürtmeli baskı için büyük bir avantaj sağlıyor. Ayrıca, mürekkep püskürtmeli baskı malzemeleri kullanılan karşı israf malzemeler açısından son derece etkilidir. Mürekkep püskürtmeli baskı da geniş alanlar ve hızlı prototipleme için son derece uygundur. Bu özellikler mürekkep püskürtmeli baskı eklenen bir combinatoric özelliği ile rulo rulo üretimi için yüksek bir potansiyele sahip öneririz.

Mürekkep püskürtmeli baskı bir umut verici olmasına rağmen ifade tekniği orada bazı kısıtlamalar bulunmaktadır: yazıcı kafa tıkanma, sınırlı sayıda yazdırılabilir çözücüler ve film homojenliği. Çok yönlülük açısından büyük sınırlama ilgilidir için yazıcının içinde kullanılan çözücüler her solvent uygundur ve bazı durumlarda yazdırma bileşenleri zarar verebilir. Örneğin, bu muhtemelen bu kurumasına veya yazıcı bileşenlerinin bazılarını dağıtılması gibi aseton mürekkep solvent kullanmak için iyi bir fikir değil. Bazı Solvent Baskı kafası ve diğer alanlarda kauçuk contalar genişlemesi neden olur. Herhangi bir parça yazdırma işlemi sırasında genişlettik görünüyorsa, bu 10 dakika sıcak suda yerleştirip normal boyutuna geri tamamen kurumasını bekleyin.

Tıkanmış yazıcı kafaları başka bir engel vardır ve onları temiz tutmak bu protokolündeki kritik bir adımdır. Yazıcı bileşenleri temizlemek için önce tutulmalıdır ve baskı sonrası. Yazdırma kafası metalik dirençler her mürekkep kartuş yuvası içinde onları çevreleyen kauçuk contalar ile içerir. Contalar bir mühür mürekkep kartuş ve yazıcı kafası arasında tutmanın amaca hizmet. Yazdırma kafası ve contalar tutmak önemlidir kadar temiz. Ayrıca, kaldırma üzerine zarar görebilir olarak contalar kaldırırken nazik ol.

O Mayıs hala izin vermek büyük ölçekli bir dağıtım, ama nerede için düşük maliyetli ve yüksek performanslı yazdırılabilir güneş pili malzemeleri yüksek verimlilik, yüksek kararlılık ve ucuz enerji üretimi niş uygulamalarında elde etmek için bir cadde geçirilmesidir, silikon bazlı malzeme rekabet değildir. Ayrıca, yazdırma yöntemi kolayca rulo rulo uyumlu mürekkep püskürtmeli gerçekçi ölçeklenebilir "yazdırılabilir" Elektronik için bir temel sağlar. İle büyük bir sayı kullanılabilir yüzeylerde ve mürekkepler mürekkep püskürtmeli baskı imalat, hafif, esnek, düşük güç elektronik cihazların geniş bir uygulama yelpazesi için erişime izin verir. Kuantum nokta görüntüler için fotovoltaik transistörler, mürekkep püskürtmeli baskı cihaz imalat heyecan verici bir alandır ve büyük söz gösterir. Tasarım kuralları mürekkep püskürtmeli baskı bir dizi kullanıldığında istenilen Özellikler yazdırılabilir malzemelerle uygulamalar için Mühendislik için bir araç olarak kullanılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir maddi çıkar çatışması var ve ifşa etmek bir şey yok.

Acknowledgments

Bu eser enerji bilim araştırma için Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692 ve CHE-145533 yanı sıra Nebraska Merkezi aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.

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