Inkjet-drucken alle anorganischen Halogenid-Perowskit-Tinten für photovoltaische Anwendungen

Chemistry

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Summary

Ein Protokoll für die Synthese von anorganischen-Blei-Halogenid Hybrid Perowskit Quantum Dot Druckfarben für den Inkjet-Druck und das Protokoll für die Vorbereitung und drucken die Quantum Dot Tinten in einem Tintenstrahldrucker mit Post Charakterisierung Techniken werden vorgestellt.

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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).

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Abstract

Eine Methode zur Synthese von photoaktiven anorganische Perowskit Quantum Dot Tinten und ein Inkjet-Drucker Ablagerung Methode, bei der die synthetisierten Tinten werden demonstriert. Die Tinte Synthese basiert auf einer einfachen nassen chemischen Reaktion und der Inkjet-Druck-Protokoll ist eine einfache Schritt-für-Schritt-Methode. Die Inkjet bedruckt Dünnfilme wurden von x-ray Diffraction, optische Absorption Spektroskopie, Photoluminescent Spektroskopie und elektronischen Transport Messungen geprägt. X-ray Diffraction der gedruckten Quantum Dot Filme zeigt eine Kristallstruktur eine orthorhombic Raumtemperatur Phase mit (001) Orientierung entsprechen. Die x-ray Diffraction Messungen zeigen in Verbindung mit anderen Charakterisierungsmethoden hohe Qualität, die Filme durch die Inkjet-Druckverfahren gewonnen werden können.

Introduction

Dieter Weber synthetisiert die erste Bio-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites in 19781,2. Rund fabriziert 30 Jahre später im Jahr 2009, Akihiro Kojima und Kollaborateure Photovoltaik-Geräte mit der gleichen organisch-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites synthetisiert von Weber, nämlich, CH3NH3PbI3 und CH3NH3 PbBr33. Diese Experimente wurden zum Jahresbeginn eine anschließende Flutwelle der Forschung konzentriert sich auf die Photovoltaik Eigenschaften des Bio-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites. Von 2009 bis 2018, der Gerät Wirkungsgrad dramatisch zugenommen von 3,8 %3 auf über 23 %4, so dass organische anorganische Hybrid Halogenid Perovskites vergleichbar mit Si-basierte Solarzellen. Als wurde mit der organisch-anorganische Halogenid-basierte Perovskites der anorganischen Halogenid-basierte Perovskites Traktion in der Forschungsgemeinschaft etwa 2012 wenn die ersten Photovoltaik-Gerät-Effizienz gemessen wurde, 0,9 %5. Seit 2012 haben die alle anorganischen Halogenid-basierte Perovskites einen langen Weg zurückgelegt, mit einigen Gerät Effizienz gemessen, um über 13 % wie in der Studie von 2017 werden von Sanehira Et al. 6 der organischen und anorganischen-basierten Perovskites finden Anwendungen im Zusammenhang mit Laser7,8,9,10, Licht emittierende Dioden11, 12 , 13, hochenergetische Strahlung Erkennung14, Foto-Erkennung15,16und natürlich Photovoltaikanwendungen5,15,17,18 . Fast im letzten Jahrzehnt viele verschiedenen Synthesetechniken entstanden aus Wissenschaftler und Ingenieure von Lösungsverfahren verarbeitet, Vakuum vapor Deposition Techniken19,20,21. Das Halogenid-Perovskites synthetisiert, mit einer Lösung verarbeitet Methode sind vorteilhaft, da sie leicht als Tinten für Tintenstrahldrucker drucken15eingesetzt werden können.

Im Jahr 1987 gemeldete die erste Verwendung von Inkjet-Druck von Solarzellen vorgestellt wurde. Seitdem Wissenschaftler und Ingenieure haben Möglichkeiten, um erfolgreich alle anorganischen Solarzellen mit attraktiven Leistungseigenschaften drucken gesucht und geringe Inanspruchnahme kostet22. Es gibt viele Vorteile für den Inkjet-Druck Solarzellen im Vergleich zu einigen gemeinsamen Vakuum basiert Herstellungsmethoden. Ein wichtiger Aspekt der Inkjet-Druckverfahren ist, dass die Lösung basierende Materialien wie Tinten verwendet werden. Dies öffnet die Tür für Studien aus vielen verschiedenen Materialien, wie z. B. anorganische Perowskit-Tinten, die durch leichtfertige nassen chemische Methoden synthetisiert werden können. In anderen Worten, ist Inkjet-Druck der Solarzelle Materialien eine kostengünstige Route zum rapid Prototyping. Inkjet-Druck hat auch die Vorteile des Seins in der Lage, große Flächen auf flexiblen Substraten und Drucken von Design bei niedrigen Temperaturen unter atmosphärischen Bedingungen. Inkjet-Druck eignet sich darüber hinaus für die Massenproduktion ermöglicht realistische low-cost-Rolle-zu-Rolle-Implementierung23,24.

In diesem Artikel besprechen wir zuerst die Schritte mit Synthese von anorganischen Perowskit Quantum Dot Druckfarben für den Inkjet-Druck. Dann beschreiben wir die zusätzlichen Schritte für die Zubereitung von Tinten für den Druck und die eigentlichen Verfahren für Inkjet Drucken eines photoaktiven Films mit einem handelsüblichen Inkjet-Drucker. Schließlich diskutieren wir die Charakterisierung von bedruckten Folien ist notwendig um sicherzustellen, dass die Filme von richtigen chemischen und Kristall Komposition für hochwertige Geräteleistung.

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Protocol

Achtung: Bitte konsultieren Sie das Labor Sicherheitsdatenblätter (SDB), bevor Sie fortfahren. In dieser Synthese Protokolle verwendeten Chemikalien haben Gesundheitsgefahren verbunden. Nanomaterialien haben darüber hinaus zusätzliche Gefahren, die im Vergleich zu ihrer Masse Gegenstück. Nutzen Sie alle entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Durchführung einer Nanocrystal Reaktion, einschließlich der Verwendung von einem Abzug oder Handschuhfach und die richtige persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, Hosen, geschlossene Schuhe, etc.).

1. Vorläufer Synthese

  1. Cäsium Oleate Vorläufer Synthese
    Hinweis: Cäsium Oleate synthetisiert wird unter einer N-2 -Umgebung.
    1. Fügen Sie 0,203 g von Cäsium (Cs2CO3) Carbonat 10 mL Octadecene (ODE) und 1,025 mL Ölsäure (OA), drei runde Unterseite rühren Flasche necked hinzu. Die drei necked Rundboden-Kolben für Cäsium Oleate Vorläufer ist 1 in Abbildung 1abeschriftet.
    2. Legen Sie ein Thermometer oder Thermoelement in eines der Hals über einen Gummistopfen.
    3. Legen Sie ein Gummiseptum in eines der verbleibenden Hälse und bringen Sie die dritten und letzten Hals, ein Stickstoff Gas Linie über eine Schlenk-Linie. Legen Sie die Mischung unter gasförmigen Stickstoff-Atmosphäre.
    4. Erhitzen Sie die Mischung auf 150 ° C unter ständigem Rühren mit einer mitreißenden Geschwindigkeit von 399 mm/s mit einer 2,54 cm magnetische rühren bis die Cs2CO3 vollständig auflöst.
    5. Senken Sie die Temperatur auf 100 ° C, Niederschlag und Zersetzung des Cäsium Oleate und rühren bei der gleichen Rührgeschwindigkeit wie in Schritt 1.1.4 zu vermeiden.
  2. Oleylamine-PbBr-2 -Vorläufer-Synthese
    Hinweis: Oleylamine-PbBr2 Vorläufer synthetisiert wird unter einer N-2 -Umgebung.
    1. Hinzugeben Sie 37,5 mL ODE, 7,5 mL Oleylamine (OAm), 3,75 mL OA und 1,35 Mmol PbBr2 in drei weiteren Runde Unterseite rühren Flasche necked. Die drei necked Runde unten bewegenden Kolben für OAm-PbBr2 2 in Abbildung 1agekennzeichnet ist. Abbildung 1 b zeigt die ungemischte Vorläufer-Lösung.
    2. Ein Thermometer oder Thermoelement in eines der Hals legen Sie und irgendeine Art von Polymerfolie um Thermometer/Thermoelement Hals zu versiegeln, siehe Abbildung 1.
    3. Legen Sie einen Gummistopfen in einem der verbleibenden Hälse und bringen Sie die dritten und letzten Hals zu einer Stickstoff-Gas-Linie über eine Schlenk Leitung. Legen Sie die Mischung unter gasförmigen Stickstoff-Atmosphäre.
    4. Erhitzen Sie die Mischung auf 100 ° C unter ständigem Rühren mit einer mitreißenden Geschwindigkeit von 599 mm/s mit einer magnetischen rühren bis die PbBr2 vollständig aufgelöst ist. Die Vorläufer-Lösung unter ständigem Rühren ist in Abbildung 1c und die Lösung vollständig gelösten Vorstufe ist in Abbildung 1d angezeigt.
    5. Erhitzen Sie die Mischung auf 170 ° C unter ständigem Rühren, beachten Sie, dass das Gemisch durchläuft eine Farbveränderung bis dunkelgelb bis 170 ° C wie in Abbildung 1d. gesehen verlassen unter 170 ° C Hitze rühren.

(2) CsPbBr3 Quantum Dot Synthese

  1. Mit einer Spritze, 2 mL Glas, mit einer 10 cm langen 18-Gauge-Nadel, 1,375 mL Cäsium Oleate Vorläufer von drei Hals-Kolben durch das Gummiseptum zu extrahieren, wie in Abbildung 2gezeigt ein.
  2. Schnell zu injizieren, über die Gummiseptum, die 1,375 mL Cäsium Oleate Vorläufer in den drei Hals-Kolben mit OAm-PbBr-2 -Vorläufer, wie in Abbildung 2b dargestellt. Eine beobachtbare Farbe geändert, eine brillante gelb-grün, wie in Abbildung 2c gezeigt werden sollte.
  3. Nach der Injektion von Cäsium Oleate Vorläufer, warten 5 s, die drei Hals-Kolben vom Herd nehmen und tauchen die drei Hals Rundboden-Flasche in ein Eis/Wasser-Bad bei 0 ° C, wie in Abbildung 3dargestellt ein.
  4. Trennen Sie die Lösung in den drei Hals-Kolben ebenso in 2 Reagenzgläser, etwa 25 mL pro Reagenzglas.
  5. 25mL Aceton zu jeder überstand Lösungen hinzufügen, dann mit Zentrifuge mit folgenden Parameter zu trennen.
  6. Trennen Sie die Quantenpunkte mit einer Zentrifuge bei 2431.65 x g für 5 min bei Raumtemperatur Einstellung, wie in Abbildung 3 bgezeigt.
  7. Trennen Sie den Überstand und zentrifugiert Quantenpunkte, wie in Abbildung 3 c, dargestellt durch das Gießen des Überstands in ein leeres Reagenzglas.
  8. Schließlich lösen sich die getrennten Quantenpunkte in 10-25 mL Hexanes oder Cyclohexanes. Diese Lösung kann dann als eine Tinte im Drucker Tintenpatronen für dünne Druckfolien verwendet werden.
    Hinweis: Ein handelsüblichen Inkjet-Drucker wurde verwendet, um alle die Quantum Dot Dünnschichten der anorganischen Halogenid-basierte Perowskit-Tinten gedruckt. In diesem Protokoll Substraten aus amorphen Glas und Indium-Zinn-Oxid beschichtetes Polyethylenterephthalat (ITO/PET) dienten während der Messung. Um sicherzustellen, dass die Substratoberfläche sauber vor dem Drucken ist, wurden die Substrate mit einer Aceton-Waschung, gefolgt von einer Methanol-Wäsche gereinigt.

3. reinigen den Druckkopf

  1. Stellen Sie zunächst sicher, dass der Drucker angeschlossen ist und der Zugriff auf die Tintenpatronen und Druckkopf eingeschaltet.
  2. Nehmen Sie die Tintenpatronen aus den Druckkopf, öffnen Sie die Oberseite des Druckers und die Tintenpatronen wieder die Mittelstellung und die roten Lichter unter die Tintenpatronen zu beleuchtenden warten Sie, und entfernen Sie dann alle Patronen.
  3. Bewegen Sie den Druckkopf leicht nach rechts und die Wache auf dem Tablett Tinte herausziehen Sie, so dass dadurch das Fach an Ihrem Platz bleiben, wie in Abbildung 4dargestellt. Auf der Rückseite des Fachs Tinte zu erreichen Sie und Kneifen Sie der Kunststoff Raumteiler trennt die beiden Hälften des Druckkopfes. Ziehen Sie vorsichtig und der Druckkopf wird leicht entfernt werden.
  4. Um den Druckkopf zu reinigen, bereiten Sie ein Gericht mit ein paar Millimeter mit warmem Wasser. Setzen Sie den Druckkopf mit die Schlitze am unteren untergetaucht im Wasser. Vermeiden Sie den Kontakt zwischen grünen elektronischen Bauteile auf der Rückseite und dem Wasser, denn dies das Potenzial hat, um den Druckkopf beschädigen.
  5. Verwenden Sie eine Pipette und warmes Wasser zu Wasser fallen auf die Widerstände. Lassen Sie den Druckkopf sitzen im warmen Wasser für 1-2 h.
  6. Nachdem in warmem Wasser einweichen, legen Sie den Druckkopf auf ein Labor Gewebe und vermeiden Sie die Unterseite des Druckkopfes abwischen, da die Fasern aus dem Tuch in die Schlitze stecken können, wo Tinte verzichtet mindestens 20 min. trocknen lassen.
  7. Der Druckkopf in seine Position zurück und schieben die Wache zurück in seine ursprüngliche Position.

4. Drucken Perowskit Quantenpunkt Tinten

Hinweis: Dieses Protokoll verwendet einen Tintenstrahldrucker, der die Möglichkeit zum Drucken von CD-Etiketten auf CDs mit Hilfe von einem starren CD CD-Fach enthält. Es wird empfohlen vor dem Druck Perovskites, dass man eine bevorzugte Form und Größe des Substrats ausgeschnitten und dann drucken Sie die genaue Größe und Form des gewünschten Substrats auf dem CD-Laufwerk selbst mit schwarzer Tinte, wie in Abbildung 5dargestellt.

  1. Zeichnen einer geraden Linie am Rand der Scheibe und fahren Sie es auf die CD-Schublade. Auf diese Weise die CD-Vorlage kann auf die gleiche Art und Weise jedes Mal gefüttert werden und sicherzustellen, dass die Tinte an der gewünschten Stelle drucken.
  2. Platzieren Sie das Substrat über die Tinte Bilder gedruckt auf dem Datenträger. Das Substrat kann mit doppelseitigem Klebeband oder einige andere Kleber, wie in Abbildung 5b statt.
  3. Vor dem Befüllen der Tintenpatronen, gewährleisten die orange Abdeckung auf der Unterseite der Tintenpatrone, korrekt installiert ist, wie in Abbildung 6dargestellt ein. Dadurch wird verhindert, dass Tinte verschütten die Unterseite der Patrone.
  4. Sobald die Tinte Lösung wird, wie in Schritt 2,9 gemacht, und das Cover auf der Patrone ist, verwenden eine Pipette, um die Quantum-Dot-Tinte in den oberen Teil der Tintenpatrone zu injizieren, wie in Abbildung 6dargestellt ein.
    Hinweis: Die Quantum-Dot-Tinte wird absorbiert durch den Schwamm bis es gesättigt wird und die restliche Tinte in das Fach neben den Schwamm gespeichert werden. Vermeiden Sie dieses Fach überfüllen, weil Tinte von oben entweichen kann, wenn es fast voll ist.
  5. Wenn die Patrone auf die gewünschte Höhe gefüllt ist, stecken Sie die Spitze mit dem Gummistopfen und entfernen Sie vorsichtig die orange Bodenabdeckung. Bereit für ein wenig Tinte durch den Boden zu entkommen, wenn diese Aktion durchführen.
  6. Legen Sie die Tintenpatrone in den Druckkopf und sicher sein, dass es hörbar einrastet, wie in Abbildung 6gezeigt, achten Sie darauf, die restlichen Patronen, entweder leer oder voll, bevor Sie zum nächsten Schritt fortfahren, wie in Abbildung 6c einfügen.
  7. Schließen Sie den Drucker und warten auf den Druckkopf wieder weit rechts des Druckers.
  8. Stellen Sie sicher die Farbe der Bilder, die gedruckt wird, enthält die Quantenpunkte Patrone Tintenfarbe entspricht. Ein solides Bild von Cyan, Magenta oder gelb funktioniert am besten gefunden wurden (schwarz ist schwierig, da gibt es zwei schwarze Patronen).
  9. Klicken Sie auf Drucken auf der unteren rechten Ecke und folgen Sie den Anweisungen auf dem Bildschirm Anweisungen.
  10. Während der Drucker Aufwärmen, überprüfen Sie, dass die Festplatte richtig auf das Disk-Fach ausgerichtet ist derart, dass das Bild auf dem Bildschirm gedruckt wird, genau dort, wo erwartet.
  11. Eine Anweisung erscheint auf dem Bildschirm, die führt den Benutzer zu öffnen Sie die Datenträger-Abdeckung auf dem Drucker und setzen die Schublade mit der Scheibe in die Maschine. Durchführen Sie diese Aktion und dann drücken Sie die Schaltfläche fortsetzen (orange blinkend) auf dem Drucker oder klicken Sie auf "OK" auf dem Bildschirm wie in Abbildung 7a und 7 bgezeigt.
  12. An dieser Stelle akzeptieren der Drucker das Disk-Fach und print Perovskites auf dem Substrat nach Abschluss des Druckvorgangs; Überprüfen Sie ist, dass die Tinten tatsächlich auf das Substrat als Verstopfung gedruckt ein weit verbreitetes Problem.
    1. Eine ultra violette (UV) Lampe über dem Substrat halten, wenn das Drucken nicht funktioniert wird es etwas ähnliches wie Abbildung 7c; Ansonsten wird es sein luminescing Film wie in Abbildung 7d wenn das obige Protokoll ordnungsgemäß funktioniert hat.

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Representative Results

Kristallstruktur Charakterisierung

Charakterisierung der Kristallstruktur ist unerlässlich für die Synthese von anorganischen Perovskites. Röntgendiffraktometrie (XRD) erklang in Luft bei Raumtemperatur auf einem Diffraktometer mit 1,54 Å Wellenlänge Cu-Kα Lichtquelle. Mit Hilfe der oben genannten Protokolle sollte zu einer Raumtemperatur orthorhombic Kristallstruktur für die CsPbBr3 Quantum Dot Tinten führen, wie in Abbildung 8gezeigt ein.

Die XRD führt, wie in Abbildung 8gezeigt, darauf hinweisen, dass die kristalline CsPbBr3 QD Tinten eine orthorhombic Raumtemperatur Perowskit-Struktur nach dem Inkjet-Druck, in guter Übereinstimmung mit Berichten in Literatur8 pflegen , 15 , 25 , 26. the Scherrer Gleichung27 kann zur in Verbindung mit einer standard Lorentzian Distribution passende Funktion (220) Bragg-Peak, die Quanten-Punktgröße festlegen, d. h. in diesem Fall etwa 5,5 nm im Durchmesser. Die Scherrer-Gleichung ist unten dargestellt,
Equation
wo D ist der Durchmesser der Quantenpunkt, k ist eine dimensionslose Formfaktor λ ist die Wellenlänge der Röntgenstrahlung, β ist der voller Breite am halben Maximum des Peaks im Bogenmaß und θ ist der Winkel, Bragg Beugung. Ein Formfaktor, k = 0,89 die Würfel wie Nanopartikel dient, wurde in die Berechnungen28eingesetzt.

Optische Absorption und Photolumineszenz-Spektroskopie Charakterisierung

Es ist bekannt, dass die optischen Eigenschaften von dieser anorganischen Perowskit-Quantenpunkten auf Quantum Punktgröße und Stöchiometrie der anorganischen (kation) und Halogenid (Anion) Atome reagieren. Kleine Änderungen in der Größe oder der Stöchiometrie der Quantenpunkte führt zu unterschiedlichen Absorption und Lumineszenz-Profile. Optische Absorption und Photolumineszenz wurden mit einer Deuterium-Halogen-Lichtquelle ausgestattet mit einer UV-Near (UV-NIR) hochauflösenden Infrarotspektrometer, durchgeführt wo befindet sich der Deuterium-Lampe-Wellenlängenbereich 210-400 nm und die Halogen-Lampe-Wellenlänge 360-1500 nm ist. In Abbildung 8b, die Photolumineszenz-Profil (schwarze Kurve) für CsPbBr3 gezeigt und die Peak-Position ist ≈ 520 nm. In ähnlicher Weise in Abbildung 8b, das optische Absorption Profil (rote Kurve) für CsPbBr3 mit einer excitonic Spitze gezeigt wird beobachtet rund 440 nm. Das obige Protokoll erfolgreich ausgeführt sollte in einem Photolumineszenz und Absorption Profil führen, wie in Abbildung 8b dargestellt.

Elektronischen Verkehr Charakterisierung

Ein Sourcemeter, ein Picoammeter und ein Multimeter wurden verwendet, um die Strom-Spannungskurven (I-V) zu messen. Ein Impedanz-Analyzer wurde verwendet, um Kapazität-Spannungskurven (C-V) zu messen. -V- und C-V-Messungen wurden für bedruckte Folien unter dunklen und hellen Bedingungen, wie in Abbildung 8 c und 8Dgezeigt. Ohne Beleuchtung wurde eine Dunkelstrom von 1,3 pA bei 1,0 V angewandte Spannung gemessen. Unter Beleuchtung mit Lichtquelle unbe-14,1 mW/cm2, erhöhte sich der gemessene Strom linear auf 2,64 mA bei 1,0 V angelegte Spannung. Das Erscheinungsbild einer erheblichen ungleich Null Strömung unter Beleuchtung, zeigt, dass der Film photoaktiven ist. Die Filme können sehr hohe aufweisen, ein-/ausschalten-Verhältnisse, so hoch wie 109, die gute Einsatzmöglichkeiten im Zusammenhang mit Photodetektionsmittel schlägt.

Die Filme zeigen sehr niedrige Kapazität unter schlechten Lichtverhältnissen, wenn keine Beleuchtung vorhanden, wie in Abbildung 8d ersichtlich ist. Unter Beleuchtung gemessen die Null-Bias Kapazität steigt um 14.45 nF. Wenn unter Beleuchtung eine gemessenen Null-Kapazität bei Null-Bias ein weiteres Indiz dafür ist, dass die Filme photoaktiven.

Figure 1
Abbildung 1: Quantum Dot Vorläufer Synthese. (a) der Cäsium Oleate Vorläufer in drei necked Flaschen mit der Bezeichnung 1 und der OAm-PbBr-2 -Vorläufer in drei necked Kolben mit der Bezeichnung 2. (b), Oleylamine und PbBr2 in drei necked Flask. (c) mischen und OAm-PbBr2 Vorläufer Heizlösung. (d) OAm-PbBr2 Vorläufer vollständig aufgelöst hat, bemerken die gelbe Farbe zu ändern. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Vorläufer Injektionsverfahren. (a) Gewinnung von 1,375 mL Cäsium Oleate Injektionslösung. (b) Injektion von Cäsium Oleate in OAm-PbBr-2 -Lösung. (c) schnelle Farbwechsel und Bildung von Quantum Dot Lösung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: Eis-Bad und Zentrifugieren. (a) die Lösung von synthetisierten Quantum Dot platziert im Eis (b) zwei Badewannen mit gleichen Mengen der Lösung in der Zentrifuge gesetzt. (c) das Quantum Dot Pulver am unteren Reagenzglas mit der überstehenden Lösung auf oben, Post zentrifugieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4: Schneiden Substrat und drucken Vorlage zuweisen. (a) Ausschneiden ITO/PET-Substrat. (b) die Druckvorlage mit angehängten Substrat. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5: Entfernen von Druckkopf. (a) der Druckkopf kann entfernt werden, indem man direkt etwas wie angegeben durch Pfeil. (b) nach der Druckkopf wurde entfernt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6: Tintenpatronen mit Quantum Dot Tinten laden. (a) Injektion von Druckfarben in Tintenpatronen über eine Pipette. (b) einlegen gefüllt Tinte Patrone in Druckkopf. (c) verbleibende leere Tintenpatronen in Druckkopf einlegen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7: Druck- und Qualitäts-Check. (a) einlegen das Disk-Fach in den Drucker. (b) Taste orange blinkende Druckverfahren zu starten. (c) eine fehlgeschlagene Drucken wie kein Film ist unter UV-Beleuchtung vorhanden. (d) eine erfolgreiche Druck wie durch die Anwesenheit des Films unter UV-Beleuchtung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 8
Abbildung 8: Post drucken Charakterisierung. (a) x-ray Diffraction Spektrum für CsPbBr3. (b) optische Absorptionsspektrum (rote Kurve) und Photolumineszenz Spektrum (schwarze Kurve). (c) Strom-Spannungs-Spektrum für CsPbBr3 unter Beleuchtung (rote Kurve) und in der Dunkelheit (blaue Kurve). (d) Kapazität-Spannung-Spektrum für CsPbBr3 unter Beleuchtung (rote Kurve) und in der Dunkelheit (blaue Kurve). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Im Inkjet-Druckverfahren, die Einfluss auf die endgültige bedruckter Folie gibt es viele Parameter. Die Diskussion dieser Parameter sprengt den Rahmen dieses Protokolls, aber da dieses Protokoll auf eine Lösung-basierte Synthese und Abscheidungsverfahren konzentriert, es empfiehlt sich, einen kurzen Vergleich zu anderen bekannten lösungsorientierter Ablagerung Methoden geben: die Spin-Coating-Verfahren und die Rakel Methode.

Das Spin-Coating-Verfahren ist sehr schnell, einheitliche Filme produziert und ist kostengünstig. Die Schichtdicke kann durch Anpassung der Viskosität und der Drehzahl des Spin Coater variiert werden. Spin-Coating ist bekanntermaßen sehr verschwenderisch sein, weil ein Großteil des Materials ist von der Oberfläche nach dem Spinnen ausgeworfen. Spin-Coating ist auch langsam, denn der Prozess von Probe zu Probe, so Spin-Beschichtung eignet sich nicht für großflächigen Verarbeitung. Auf der anderen Seite ist die Rakel Methode die auch low-cost und einfach ist. Der wirkliche Vorteil ist die gleichmäßige Dicke der Filme, aber die Rakel Methode ist sehr langsam und eine riesige Menge an Material verschwendet. Inkjet-Druck wie die Spin-Coating und Rakel Methoden sind niedrige Kosten. Die Möglichkeit zum Drucken von Design ist ein großer Vorteil für Inkjet-Druck im Vergleich zum Arzt-Skating und Spin-Coating. Inkjet-Druck ist auch höchst effizient in Bezug auf Materialien, die verwendet im Vergleich zu Materialien verschwendet. Inkjet-Druck eignet sich auch gut für große Flächen und rapid Prototyping. Diese Merkmale legen nahe, Inkjet-Druck ein hohes Potenzial für Rolle-zu-Rolle-Fertigung mit einer Zusatzfunktion combinatoric.

Obwohl Inkjet-Druck ist eine vielversprechende Ablagerung Technik es gibt einige Einschränkungen: Drucker Kopf verstopfen, begrenzte Anzahl an druckbaren Lösungsmittel und Film Homogenität. Die größte Einschränkung in Bezug auf Vielseitigkeit bezieht sich auf die Lösemittel in den Drucker nicht alle Lösungsmittel ist angemessen und in einigen Fällen kann die Druckereien Komponenten beschädigen. Zum Beispiel ist es wahrscheinlich keine gute Idee, Aceton als Tinte Lösungsmittel verwenden, da dies wird austrocknen oder einige Drucker Komponenten auflösen. Einige Lösungsmittel bewirkt die Erweiterung der Gummidichtungen in den Druckkopf und anderen Bereichen. Wenn irgendein Stück scheint, während des Druckvorgangs erweitert haben, legen Sie sie in warmem Wasser 10 min. lang und vollständig trocknen lassen wieder in normaler Größe.

Verstopfte Druckköpfe sind ein weiteres Hindernis und sauber zu halten ist ein entscheidender Schritt in diesem Protokoll. Die Drucker-Komponenten sind sauber vor dem aufzubewahren und post drucken. Der Druckkopf enthält metallische Widerstände mit Gummidichtungen, die sie in jedem der Tintenpatrone Slots umgibt. Die Dichtungen dienen dazu eine Abdichtung zwischen die Tintenpatrone und den Druckkopf zu halten. Es ist wichtig, dass der Druckkopf und die Dichtungen so sauber wie möglich. Darüber hinaus seien Sie sanft, wenn die Dichtungen zu entfernen, wie sie nach dem entfernen beschädigt werden können.

Die Realisierung von Low-Cost- und Hochleistungs-bedruckbare Solarzelle Materialien eine Allee für die Erreichung hoher Wirkungsgrad, hohe Stabilität und kostengünstige Energieerzeugung in Nischenanwendungen ist, erlaubt, die möglicherweise noch für große Bereitstellungen, aber wo Silizium-basierten Materialien sind nicht wettbewerbsfähig. Darüber hinaus bietet die bereitwillig von Rolle zu Rolle kompatible Inkjet Drucken Methode eine Grundlage für realistisch skalierbare "druckbare" Elektronik. Mit einer Vielzahl der vorhandenen Substrate und Tinten ermöglicht Inkjet-Druck den Zugriff auf die Herstellung von leichten, flexiblen, Niederleistungs-elektronische Geräte für ein breites Anwendungsspektrum. Von Transistoren zu Quantum Dot Displays für die Photovoltaik Inkjet-Druck ist ein spannendes Feld der Vorrichtung Herstellung und zeigt große Verheißung. In Verbindung mit einer Reihe von Design-Regeln-Inkjet-Druck kann als ein Werkzeug für engineering-bedruckbare Materialien mit gewünschten Eigenschaften für Anwendungen verwendet werden.

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Disclosures

Die Autoren haben keine finanziellen Interessenkonflikte und habe nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation, durch das Nebraska-MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692 und CHE-145533 sowie der Nebraska-Center for Energy Science Research unterstützt.

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

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