Inkjet मुद्रण सभी अकार्बनिक Halide Perovskite स्याही फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए

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

synthesizing अकार्बनिक के लिए एक प्रोटोकॉल-सीसा-halide संकर perovskite क्वांटम डॉट स्याही inkjet मुद्रण के लिए और तैयारी और मुद्रण के लिए एक inkjet प्रिंटर में क्वांटम डॉट स्याही पोस्ट लक्षण तकनीक के साथ प्रस्तुत कर रहे है के लिए प्रोटोकॉल ।

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

synthesizing photoactive अकार्बनिक perovskite क्वांटम डॉट स्याही और एक inkjet प्रिंटर जमाव विधि के लिए एक विधि, संश्लेषित स्याही का उपयोग कर, प्रदर्शन कर रहे हैं । स्याही संश्लेषण एक सरल गीला रासायनिक प्रतिक्रिया पर आधारित है और inkjet मुद्रण प्रोटोकॉल कदम विधि द्वारा एक सतही कदम है । inkjet मुद्रित पतली फिल्मों एक्स-रे विवर्तन, ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी, photoluminescent स्पेक्ट्रोस्कोपी, और इलेक्ट्रॉनिक परिवहन माप की विशेषता है । मुद्रित क्वांटम डॉट फिल्मों के एक्स-रे विवर्तन एक orthorhombic कमरे के तापमान चरण के साथ संगत क्रिस्टल संरचना इंगित करता है (001) उंमुखीकरण के साथ । अंय लक्षण वर्णन विधियों के साथ संयोजन के रूप में, एक्स-रे विवर्तन माप उच्च गुणवत्ता फिल्मों शो inkjet मुद्रण पद्धति के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है ।

Introduction

डाइटर वेबर १९७८1,2में पहले कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide perovskites संश्लेषित । लगभग 30 साल २००९ में बाद में, Akihiro Kojima और सहयोगियों ने एक ही कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide वेबर, अर्थात्, ch3एनएच3PbI3 और ch3एनएच 3 द्वारा संश्लेषित का उपयोग कर फोटोवोल्टिक उपकरणों गढ़े PbBr33. इन प्रयोगों के अनुसंधान के बाद ज्वार की लहर कार्बनिक-अकार्बनिक संकर halide perovskites के फोटोवोल्टिक गुणों पर ध्यान केंद्रित की शुरुआत कर रहे थे । २००९ से २०१८, डिवाइस शक्ति रूपांतरण दक्षता नाटकीय रूप से ३.८%3 से 23%4से अधिक वृद्धि हुई, कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide perovskites-आधारित सौर कोशिकाओं के तुलनीय बना । कार्बनिक अकार्बनिक halide आधारित perovskites, अकार्बनिक halide आधारित perovskites के साथ के रूप में २०१२ के आसपास अनुसंधान समुदाय में कर्षण प्राप्त करना शुरू कर दिया जब पहली बार फोटोवोल्टिक डिवाइस क्षमता ०.९%5हो मापा गया था । २०१२ के बाद से सभी अकार्बनिक halide आधारित perovskites कुछ उपकरण क्षमता के साथ एक लंबा रास्ता आ गए है के लिए 13% से अधिक Sanehira एट अल द्वारा २०१७ के अध्ययन में के रूप में मापा । 6 दोनों कार्बनिक आधारित और अकार्बनिक आधारित perovskites पराबैंगनीकिरण7,8,9,10, प्रकाश उत्सर्जक डायोड 11 से संबंधित अनुप्रयोगों को खोजने के लिए, 12 , 13, उच्च ऊर्जा विकिरण का पता लगाने14, फोटो पहचान15,16, और पाठ्यक्रम के फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों5,15,17,18 . लगभग पिछले एक दशक से अधिक, कई अलग संश्लेषण तकनीक वैज्ञानिकों और समाधान संसाधित तरीकों से निर्वात वाष्प जमाव तकनीक को लेकर इंजीनियरों से उभरा है19,20,21. halide perovskites एक समाधान प्रसंस्कृत विधि का उपयोग कर संश्लेषित कर रहे है लाभप्रद के रूप में वे आसानी से inkjet मुद्रण15के लिए स्याही के रूप में नियोजित किया जा सकता है ।

१९८७ में, सौर कोशिकाओं के inkjet मुद्रण के पहले सूचना का उपयोग प्रस्तुत किया गया । तब से, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के तरीके को सफलतापूर्वक आकर्षक प्रदर्शन गुण और कम कार्यांवयन22लागत के साथ सभी अकार्बनिक सौर कोशिकाओं को मुद्रित करने की मांग की है । वहां inkjet मुद्रण सौर कोशिकाओं के लिए कई फायदे हैं, के रूप में आम निर्वात आधारित निर्माण विधियों में से कुछ की तुलना में । inkjet मुद्रण पद्धति का एक महत्वपूर्ण पहलू यह है कि समाधान आधारित सामग्रियों का उपयोग स्याही के रूप में किया जाता है । इस तरह के अकार्बनिक perovskite आधारित स्याही, जो सतही गीला रासायनिक तरीकों से संश्लेषित किया जा सकता है के रूप में कई विभिंन सामग्रियों, के परीक्षणों के लिए दरवाजे खोलता है । दूसरे शब्दों में, सौर सेल सामग्री के inkjet मुद्रण रैपिड प्रोटोटाइप के लिए एक कम लागत मार्ग है । Inkjet मुद्रण भी करने के लिए लचीला सब्सट्रेट और वायुमंडलीय स्थितियों में कम तापमान पर डिजाइन द्वारा प्रिंट पर बड़े क्षेत्रों को मुद्रित करने में सक्षम होने का लाभ है । इसके अलावा, inkjet मुद्रण बहुत बड़े पैमाने पर यथार्थवादी कम लागत रोल करने वाली रोल कार्यांवयन23,24के लिए अनुमति उत्पादन के लिए उपयुक्त है ।

इस आलेख में, हम पहले inkjet मुद्रण के लिए synthesizing अकार्बनिक perovskite क्वांटम डॉट स्याही के साथ शामिल कदम पर चर्चा । फिर, हम मुद्रण के लिए इंक तैयार करने के लिए अतिरिक्त चरणों का वर्णन करते है और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध inkjet प्रिंटर का उपयोग करके photoactive फ़िल्म के मुद्रण के लिए वास्तविक प्रक्रियाएं inkjet । अंत में, हम मुद्रित फिल्मों जो सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है के लक्षण वर्णन चर्चा उचित रासायनिक और उच्च गुणवत्ता वाले उपकरण के प्रदर्शन के लिए क्रिस्टल संरचना के हैं ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

सावधानी: आगे बढ़ने से पहले लैब की सामग्री सेफ्टी डाटा शीट (MSDS) पर सलाह लें । इन संश्लेषण प्रोटोकॉल में प्रयुक्त रसायनों स्वास्थ्य खतरों से संबंधित है । साथ ही, मैटीरियल्स अपने थोक समकक्ष की तुलना में अतिरिक्त खतरों है । एक धुएं डाकू या glovebox और उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, लैब कोट, पैंट, बंद पैर की अंगुली जूते, आदि) के उपयोग सहित एक nanocrystal प्रतिक्रिया प्रदर्शन करते समय सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें ।

1. प्रणेता संश्लेषण

  1. सीज़ियम oleate प्रणेता संश्लेषण
    नोट: सीज़ियम oleate एक N2 वातावरण के अंतर्गत संश्लेषित है ।
    1. सीज़ियम कार्बोनेट के ०.२०३ ग्राम जोड़ें (सीएस2CO3), octadecene (स्तोत्र) के 10 मिलीलीटर, और ओलिक एसिड (OA) के १.०२५ मिलीलीटर एक तीन गर्दन दौर नीचे उभार कुप्पी के लिए । सीज़ियम oleate प्रणेता के लिए तीन गर्दन वाला गोल नीचे कुप्पी 1 चित्रा 1aमें लेबल है ।
    2. एक रबर डाट के माध्यम से गर्दन में से एक में एक थर्मामीटर या thermocouple प्लेस ।
    3. शेष गर्दन में से एक में एक रबर पट प्लेस और फिर एक Schlenk लाइन के माध्यम से एक नाइट्रोजन गैस लाइन के लिए तीसरे और अंतिम गर्दन देते हैं । मिश्रण को एक गैसीय नाइट्रोजन वातावरण के नीचे रखें ।
    4. १५० ° c के लिए मिश्रण गर्मी ३९९ mm की एक सरगर्मी गति पर लगातार सरगर्मी के साथ/एस एक २.५४ सेमी चुंबकीय हलचल बार का उपयोग कर जब तक सीएस2CO3 पूरी तरह से घुल ।
    5. १०० ° c करने के लिए तापमान को कम करने के लिए वर्षा और सीज़ियम oleate के अपघटन से बचने और एक ही सरगर्मी गति से कदम 1.1.4 में के रूप में सरगर्मी छोड़ दें ।
  2. Oleylamine-PbBr2 प्रणेता संश्लेषण
    नोट: Oleylamine-PbBr2 प्रणेता एक N2 वातावरण के तहत संश्लेषित है ।
    1. स्तोत्र के ३७.५ मिलीलीटर, oleylamine के ७.५ मिलीलीटर (OAm), OA की ३.७५ मिलीलीटर, और १.३५ PbBr के एक और तीन गले में गोल नीचे सरगर्मी कुप्पी में2 जोड़ें । तीन गर्दन गोल नीचे सरगर्मी कुप्पी के लिए OAm-PbBr2 2 चित्र 1aमें लेबल है । चित्र 1b unmixed प्रणेता समाधान दिखाता है ।
    2. गर्दन में से एक में एक थर्मामीटर या thermocouple प्लेस और थर्मामीटर के आसपास बहुलक फिल्म के कुछ प्रकार की जगह/thermocouple गर्दन सील करने के लिए, चित्रा 1देखें ।
    3. शेष गर्दन में से एक में एक रबर डाट प्लेस और फिर एक Schlenk लाइन के माध्यम से एक नाइट्रोजन गैस लाइन के लिए तीसरे और अंतिम गर्दन देते हैं । गैसीय नाइट्रोजन वातावरण के तहत मिश्रण प्लेस ।
    4. PbBr2 पूरी तरह से भंग है जब तक एक चुंबकीय हलचल पट्टी का उपयोग कर ५९९ मिमी की एक सरगर्मी गति से लगातार सरगर्मी के साथ १०० ° c के लिए मिश्रण गर्मी । लगातार सरगर्मी के तहत प्रणेता समाधान चित्रा 1सी में दिखाया गया है और पूरी तरह से भंग प्रणेता समाधान चित्रा 1डी में दिखाया गया है ।
    5. १७० ° c के लिए मिश्रण गर्मी लगातार सरगर्मी के साथ, सूचना मिश्रण एक रंग बदलने के लिए अंधेरे पीले करने के लिए एक बार १७० डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने के रूप में चित्र 1d में देखा के रूप में उभारना छोड़ देता है १७० ° c गर्मी के नीचे ।

2. CsPbBr3 क्वांटम डॉट संश्लेषण

  1. एक 10 सेमी लंबी 18 गेज सुई के साथ एक 2 मिलीलीटर ग्लास सिरिंज का उपयोग करना, रबर पट के माध्यम से तीन गर्दन कुप्पी से सीज़ियम oleate अग्रदूत के १.३७५ मिलीलीटर निकालने के रूप में चित्रा 2ए में दिखाया गया है ।
  2. जल्दी से सुई, रबर पट के माध्यम से, तीन गर्दन OAm-PbBr2 अग्रदूत युक्त कुप्पी में सीज़ियम oleate अग्रदूत के १.३७५ मिलीलीटर, के रूप में चित्रा 2बी में दिखाया गया है । वहां एक चौकस रंग परिवर्तन, एक शानदार पीला-हरा, के रूप में चित्रा 2सी में दिखाया जाना चाहिए ।
  3. सीज़ियम oleate अग्रदूत इंजेक्शन के बाद, 5 एस रुको, गर्मी से तीन गर्दन कुप्पी निकालें, और तीन गर्दन दौर नीचे कुप्पी एक बर्फ/पानी स्नान में 0 डिग्री सेल्सियस में विसर्जित, के रूप में चित्रा 3ए में दिखाया गया है ।
  4. तीन गर्दन कुप्पी में एक समान रूप से समाधान अलग 2 टेस्ट ट्यूब, परीक्षण ट्यूब प्रति लगभग 25 मिलीलीटर में ।
  5. प्रत्येक supernatant समाधान के लिए एसीटोन के 25mL जोड़ें, तो नीचे मापदंडों का उपयोग कर के साथ अलग ।
  6. एक कमरे के तापमान की स्थापना में 5 मिनट के लिए २४३१.६५ x g पर एक केंद्रापसारक का उपयोग कर क्वांटम डॉट्स अलग, जैसा चित्र 3 बीमें दिखाया गया है ।
  7. supernatant और केंद्रापसारक क्वांटम डॉट्स अलग, के रूप में चित्रा 3सी में दिखाया गया है, एक खाली टेस्ट ट्यूब में supernatant डालने के द्वारा ।
  8. अंत में, hexanes या cyclohexanes के 10-25 मिलीलीटर में अलग क्वांटम डॉट्स भंग । यह समाधान तो पतली फिल्मों के मुद्रण के लिए inkjet प्रिंटर कारतूस में एक स्याही के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है ।
    नोट: एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध inkjet प्रिंटर अकार्बनिक halide-आधारित perovskite स्याही की सभी क्वांटम डॉट पतली फिल्मों को मुद्रित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । अमली कांच और इंडियम टिन ऑक्साइड लेपित पॉलीथीन terephthalate के इस प्रोटोकॉल सब्सट्रेट में (इतो पालतू) माप के दौरान इस्तेमाल किया गया । सब्सट्रेट सतह मुद्रण से पहले साफ है कि यह सुनिश्चित करने के लिए, सब्सट्रेट एक मेथनॉल धोने के बाद एक एसीटोन धोने का उपयोग कर साफ किया गया था.

3. प्रिंटर सिर सफाई

  1. पहले सुनिश्चित करें कि प्रिंटर में खामियों को दूर किया है और सत्ता में स्याही कारतूस और प्रिंटर सिर तक पहुंच प्राप्त करने के लिए कर दिया है ।
  2. प्रिंटर सिर से स्याही कारतूस निकालें, प्रिंटर के ऊपर खुला और स्याही कारतूस के लिए प्रतीक्षा करने के लिए केंद्र की स्थिति में लौटने और स्याही कारतूस के नीचे लाल बत्ती रोशन हो, और फिर सभी कारतूस हटा दें ।
  3. प्रिंट सिर थोड़ा सही करने के लिए ले जाएं और स्याही ट्रे पर गार्ड बाहर खींच इतना है कि यह ट्रे स्थान में रहने के रूप में 4 चित्रामें दिखाया की अनुमति देता है । स्याही ट्रे के पीछे तक पहुंचने के लिए और प्लास्टिक विभाजक प्रिंट सिर के दो हिस्सों को अलग चुटकी । धीरे से खींचो और प्रिंट सिर आसानी से हटा दिया जाएगा ।
  4. प्रिंट हेड को साफ करने के लिए कुछ मिलीमीटर गर्म पानी के साथ एक डिश तैयार करें । प्रिंट सिर को पानी में slits के साथ नीचे जलमग्न जगह पर रखें । पीठ और पानी पर हरे इलेक्ट्रॉनिक भागों के बीच संपर्क से बचें क्योंकि यह प्रिंट सिर को नुकसान करने की क्षमता है ।
  5. एक पिपेट और गर्म पानी का उपयोग करने के लिए प्रतिरोधों पर पानी छोड़ । 1-2 एच के लिए गर्म पानी में बैठे प्रिंट सिर छोड़ दें ।
  6. एक बार गर्म पानी में भिगोने समाप्त, एक प्रयोगशाला के ऊतकों पर प्रिंटर सिर जगह और सूखी छोड़ने के लिए ंयूनतम 20 मिनट । प्रिंट सिर के नीचे पोंछते से बचें क्योंकि पोंछ से फाइबर slits जहां स्याही तिरस्कृत किया जाता है में अटक कर सकते हैं ।
  7. अपनी स्थिति के लिए प्रिंट सिर वापस और गार्ड अपनी मूल स्थिति में वापस धक्का ।

4. मुद्रण Perovskite क्वांटम डॉट स्याही

नोट: यह प्रोटोकॉल एक inkjet प्रिंटर का उपयोग करता है जिसमें cd लेबल को एक कठोर cd डिस्क ट्रे की सहायता से सीडी पर मुद्रित करने की क्षमता शामिल है । यह मुद्रण perovskites से पहले की सिफारिश की है, कि एक एक पसंदीदा आकार और सब्सट्रेट के आकार में कटौती और फिर सही आकार और सीडी डिस्क पर ही वांछित सब्सट्रेट के आकार प्रिंट काली स्याही का उपयोग कर, के रूप में चित्रा 5में दिखाया गया है ।

  1. डिस्क के किनारे पर एक सीधी रेखा आरेखित करें और इसे CD डिस्क ट्रे पर जारी रखें । इस तरह, CD टेम्पलेट हर बार उसी तरह पंक्तिबद्ध किया जा सकता है और सुनिश्चित करें कि इच्छित स्थान पर इंक मुद्रण ।
  2. डिस्क पर मुद्रित स्याही छवियों पर सब्सट्रेट प्लेस. सब्सट्रेट जगह में आयोजित किया जा सकता है डबल पक्षीय टेप या कुछ अन्य चिपकने वाला का उपयोग कर, के रूप में चित्रा 5बी में दिखाया गया
  3. स्याही कारतूस भरने से पहले, सुनिश्चित करें कि नारंगी कवर स्याही कारतूस के तल पर सही ढंग से स्थापित किया गया है, के रूप में चित्रा 6a में दिखाया गया है । यह बाहर कारतूस के नीचे फैल से स्याही रोक देगा ।
  4. एक बार स्याही समाधान किया जाता है, के रूप में २.९ कदम में, और कवर कारतूस पर है, एक पिपेट का उपयोग करने के लिए स्याही कारतूस के शीर्ष में क्वांटम डॉट स्याही सुई, के रूप में 6 चित्रामें दिखाया गया है ।
    नोट: क्वांटम डॉट स्याही स्पंज द्वारा अवशोषित हो जाएगा जब तक यह संतृप्त हो जाता है और शेष स्याही स्पंज के पास डिब्बे में संग्रहीत किया जाएगा । इस डिब्बे को अधिक भरने से बचें, क्योंकि स्याही ऊपर से बच सकती है जब यह लगभग पूर्ण हो जाता है ।
  5. एक बार कारतूस वांछित राशि के लिए भरा है, रबर डाट के साथ शीर्ष प्लग और ध्यान से नारंगी नीचे कवर हटा दें । इस क्रिया को करते समय नीचे से भागने के लिए थोड़ी सी स्याही के लिए तैयार रहें ।
  6. प्रिंटर सिर में स्याही कारतूस प्लेस और यकीन है कि यह जगह में तस्वीरें, के रूप में चित्र घमण्डमें दिखाया गया है, शेष कारतूस डालने के लिए सुनिश्चित हो, या तो खाली या पूर्ण अगले कदम के लिए जारी रखने से पहले, के रूप में चित्रा 6सी में दिखाया गया है ।
  7. प्रिंटर को बंद करें और प्रिंटर सिर के लिए प्रिंटर की दाईं ओर से वापस जाने के लिए प्रतीक्षा करें ।
  8. सुनिश्चित करें कि छवियों का रंग मुद्रित किया जा रहा है स्याही कारतूस क्वांटम डॉट्स युक्त रंग से मेल खाती है । सियान, रानी, या पीले रंग का एक ठोस छवि के लिए सबसे अच्छा काम पाया गया है (काला मुश्किल है क्योंकि वहां दो काले कारतूस हैं) ।
  9. नीचे दाईं ओर स्थित मुद्रण पर क्लिक करें और स्क्रीन पर दिए गए निर्देशों का अनुसरण करें.
  10. जबकि प्रिंटर ऊपर वार्मिंग है, जांच करें कि डिस्क ठीक से डिस्क ट्रे पर संरेखित है, ऐसी है कि स्क्रीन पर छवि बिल्कुल प्रिंट जहां उंमीद होगी ।
  11. एक निर्देश स्क्रीन पर दिखाई देगा जो उपयोगकर्ता को प्रिंटर पर डिस्क कवर खोलने और मशीन में डिस्क वाली डिस्क ट्रे डालने के लिए निर्देशित करता है । इस क्रिया को निष्पादित करें और तब प्रिंटर पर पुन: आरम्भ (नारंगी ब्लिंकिंग) बटन दबाएँ या चित्र 7a और 7bमें दिखाए गए के रूप में स्क्रीन पर "ठीक" बटन पर क्लिक करे.
  12. इस बिंदु पर प्रिंटर डिस्क ट्रे और सब्सट्रेट पर प्रिंट perovskites स्वीकार करेंगे, मुद्रण के बाद पूरा हो गया है; जांच करें कि स्याही वास्तव में सब्सट्रेट पर मुद्रित के रूप में कॉलेस्ट्रॉल एक आम समस्या है ।
    1. सब्सट्रेट पर एक अल्ट्रा वायलेट (यूवी) दीपक पकड़ो, अगर मुद्रण काम नहीं किया वहां चित्रा 7सी के समान कुछ होगा; अंयथा वहां luminescing फिल्म चित्रा 7डी में के रूप में अगर ऊपर प्रोटोकॉल ठीक से काम किया जाएगा ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

क्रिस्टल संरचना लक्षण वर्णन

निस्र्पक क्रिस्टल संरचना अकार्बनिक perovskites के संश्लेषण के संबंध में महत्वपूर्ण है । एक्स-रे विवर्तन (XRD) एक १.५४ Å तरंग दैर्ध्य घन-Kα प्रकाश स्रोत का उपयोग कर एक डिफफ्रक्टोमीटर पर कमरे के तापमान पर हवा में प्रदर्शन किया गया । उपर्युक्त प्रोटोकॉल का प्रयोग एक कमरे के तापमान orthorhombic क्रिस्टल संरचना के लिए नेतृत्व करना चाहिए CsPbBr3 क्वांटम डॉट स्याही के रूप में चित्रा 8में दिखाया गया है ।

XRD परिणाम, के रूप में चित्रा 8ए में दिखाया गया है, संकेत मिलता है कि क्रिस्टलीय CsPbBr3 QD स्याही perovskite मुद्रण प्रक्रिया के बाद एक orthorhombic कमरे के तापमान inkjet संरचना बनाए रखने के लिए, साहित्य में रिपोर्ट के साथ अच्छे समझौते में8 , 15 , 25 , 26. Scherrer समीकरण27 (२२०) डींग मारने की चोटी के एक मानक Lorentzian वितरण फिटिंग समारोह के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, क्वांटम डॉट आकार है, जो इस मामले में लगभग ५.५ एनएम व्यास में निर्धारित है । Scherrer समीकरण के नीचे दिखाया गया है,
Equation
जहां D क्वांटम डॉट का व्यास है, k एक क्वांटिटी आकार कारक है, λ एक्स-रे तरंग दैर्ध्य है, β रेडियंस में चोटी की आधी-अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई है, और θ डींग विवर्तन कोण है । एक आकार कारक, कश्मीर = ०.८९ जो नैनोकणों की तरह घन के लिए प्रयोग किया जाता है, गणना28में उपयोग किया गया था ।

ऑप्टिकल अवशोषण और Photoluminescence स्पेक्ट्रोस्कोपी लक्षण वर्णन

यह सर्वविदित है कि इन अकार्बनिक perovskite क्वांटम डॉट्स के ऑप्टिकल गुण क्वांटम डॉट आकार और अकार्बनिक (कटियन) और halide (आयनों) परमाणुओं के stoichiometry के प्रति संवेदनशील हैं । या तो आकार या क्वांटम डॉट्स के stoichiometry में छोटे परिवर्तन अलग अवशोषण और luminescence प्रोफाइल के लिए नेतृत्व करेंगे । ऑप्टिकल अवशोषण और photoluminescence एक ड्यूटेरियम-हैलोजन प्रकाश एक यूवी के पास अवरक्त (यूवी NIR) उच्च संकल्प स्पेक्ट्रोमीटर, जहां ड्यूटेरियम दीपक तरंग दैर्ध्य रेंज के साथ सुसज्जित स्रोत के साथ प्रदर्शन किया गया 210-400 एनएम और हैलोजन लैंप तरंग दैर्ध्य रेंज 360-1500 एनएम है । चित्रा 8बी में, CsPbBr3 के लिए photoluminescence प्रोफाइल (काला वक्र) दिखाया गया है और चोटी की स्थिति ≈ ५२० एनएम है । इसी प्रकार, चित्रा 8बी में, CsPbBr3 के लिए ऑप्टिकल अवशोषण प्रोफ़ाइल (लाल वक्र) एक excitonic चोटी के साथ दिखाया गया है ४४० एनएम के आसपास मनाया । उपरोक्त प्रोटोकॉल यदि सफलतापूर्वक निष्पादित एक photoluminescence और अवशोषण प्रोफ़ाइल में परिणाम के रूप में चित्र 8b में दिखाया जाना चाहिए

इलेक्ट्रॉनिक परिवहन लक्षण वर्णन

एक sourcemeter, एक picoammeter, और एक मीटर की वर्तमान वोल्टेज (I-V) curves मापने के लिए इस्तेमाल किया गया । एक प्रतिबाधा विश्लेषक समाई वोल्टेज को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था (सी-वी) घटता. I-v और C-v माप अंधेरे और प्रकाश शर्तों के तहत मुद्रित फिल्मों के लिए लिया गया था, जैसा कि आंकड़े 8c और 8dमें दिखाया गया है । प्रदीप्ति के बिना १.० V लागू वोल्टेज पर १.३ फिलीस्तीनी अथॉरिटी के एक काले वर्तमान मापा गया था । रोशनी के तहत, १४.१ मेगावाट/cm2के प्रकाश स्रोत के प्रवाह के साथ, मापा वर्तमान १.० V लागू वोल्टेज में २.६४ mA के लिए रैखिक वृद्धि हुई । प्रकाश रोशनी के तहत एक महत्वपूर्ण गैर शूंय वर्तमान की उपस्थिति, इंगित करता है कि फिल्म photoactive है । फिल्मों में/बंद अनुपात पर बहुत अधिक प्रदर्शन कर सकते हैं, के रूप में उच्च के रूप में 109, जो अच्छा संभावित photodetection से संबंधित अनुप्रयोगों का सुझाव ।

फिल्मों जब कोई रोशनी मौजूद है, के रूप में चित्र 8डी में देखा जा सकता है अंधेरे की स्थिति के तहत बहुत कम समाई प्रदर्शन । प्रकाश रोशनी के तहत शूंय-पूर्वाग्रह मापा समाई १४.४५ nF को बढ़ाता है । जब प्रकाश रोशनी के तहत शूंय पर एक मापा गैर शूंय समाई-पूर्वाग्रह एक और संकेत है कि फिल्मों photoactive हैं ।

Figure 1
चित्रा 1: क्वांटम डॉट प्रणेता संश्लेषण । (क) तीन गर्दन की कुप्पी में सीज़ियम oleate अग्रदूत के रूप में लेबल 1 और OAm-PbBr2 प्रणेता तीन गर्दन की कुप्पी में 2 लेबल । (ख) oleylamine और PbBr को तीन गरदन वाली कुप्पी में डाल कर. (ग) मिश्रण और ताप OAm-PbBr प्रणेता समाधान. (घ) OAm-PbBr प्रणेता पूरी तरह भंग हो चुके हैं, नोटिस डार्क येलो कलर चेंज है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: अग्रदूत इंजेक्शन विधि । (क) इंजेक्शन के लिए सीज़ियम oleate का १.३७५ मिलीलीटर निकालना. (ख) OAm-PbBr समाधान में सीज़ियम oleate का इंजेक्शन लगाना. (ग) तेजी से रंग बदलने और क्वांटम डॉट समाधान के गठन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: बर्फ स्नान और केंद्रापसारक । (क) संश्लेषित क्वांटम डॉट समाधान बर्फ स्नान में रखा (ख) समाधान की बराबर मात्रा के साथ दो ट्यूबों केंद्रापसारक में रखा । (ग) शीर्ष पर supernatant समाधान के साथ परीक्षण ट्यूब के तल पर क्वांटम डॉट पाउडर, पोस्ट केंद्रापसारक । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: काटने सब्सट्रेट और मुद्रण टेम्पलेट के लिए संलग्न. (क) इतो/पालतू सब्सट्रेट बाहर काटना । (ख) संलग्न सब्सट्रेट के साथ मुद्रण टेम्पलेट. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: प्रिंट सिर को हटाने. (क) प्रिंट सिर को सही थोड़ा धक्का द्वारा हटाया जा सकता है के रूप में तीर से संकेत दिया । (ख) के बाद प्रिंट सिर हटा दिया गया है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: क्वांटम डॉट स्याही के साथ स्याही कारतूस लोड हो रहा है । (क) स्याही कारतूस में एक पिपेट के माध्यम से स्याही इंजेक्शन । (ख) प्रिंट सिर में डालने भरा स्याही कारतूस । (ग) प्रिंट सिर में शेष खाली स्याही कारतूस डालने । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: मुद्रण और गुणवत्ता की जांच करें । (a) प्रिंटर में डिस्क ट्रे संमिलित कर रहा है । (b) मुद्रण प्रक्रिया प्रारंभ करने के लिए नारंगी ब्लिंकिंग बटन दबाना । (ग) कोई फिल्म यूवी रोशनी के तहत मौजूद है के रूप में एक असफल छपाई । (घ) यूवी रोशनी के तहत फिल्म की उपस्थिति से संकेत के रूप में एक सफल छपाई । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8: पोस्ट मुद्रण लक्षण वर्णन । (क) CsPbBr 3 के लिए एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम (ख) ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रम (लाल वक्र) और photoluminescence स्पेक्ट्रम (काला वक्र) । (ग) CsPbBr3 के लिए वर्तमान वोल्टेज स्पेक्ट्रम के तहत रोशनी (लाल वक्र) और अंधेरे में (नीला वक्र) । (घ) विदीप्ति के तहत CsPbBr3 के लिए समाई वोल्टेज स्पेक्ट्रम (लाल वक्र) और अंधेरे में (नीला वक्र). कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

inkjet मुद्रण प्रक्रिया में शामिल कई पैरामीटर हैं जो अंतिम मुद्रित फिल्म को प्रभावित करते हैं । उन सभी मापदंडों की चर्चा इस प्रोटोकॉल के दायरे से बाहर है, लेकिन के रूप में इस प्रोटोकॉल एक समाधान आधारित संश्लेषण और जमाव विधि पर केंद्रित है, यह उचित है कि अंय प्रसिद्ध समाधान आधारित जमाव तरीकों को एक छोटी तुलना दे: स्पिन-कोटिंग विधि और डॉक्टर-ब्लेड विधि ।

स्पिन-कोटिंग विधि बहुत तेज है, वर्दी फिल्मों का उत्पादन, और कम लागत है । फिल्म मोटाई के स्पिन कोट की चिपचिपापन और घूर्णन गति का समायोजन करके अलग किया जा सकता है । स्पिन-कोटिंग के लिए बहुत बेकार जाना जाता है, क्योंकि सामग्री के सबसे कताई के बाद सतह से बाहर निकाल दिया है । स्पिन-कोटिंग भी धीमी है, क्योंकि प्रक्रिया नमूना द्वारा नमूना है, इस प्रकार स्पिन-कोटिंग बड़े पैमाने पर प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त नहीं है । दूसरी तरफ डॉक्टर-ब्लेड पद्धति है जो कम लागत और सरल भी है. असली फायदा फिल्मों की वर्दी की मोटाई है, लेकिन डॉक्टर-ब्लेड विधि बहुत धीमी है और सामग्री की एक बड़ी राशि बर्बाद कर देता है । Inkjet मुद्रण दोनों की तरह स्पिन-कोटिंग और डॉक्टर-ब्लेड तरीकों कम लागत है । डिजाइन द्वारा मुद्रित करने की क्षमता डॉक्टर-लैड और स्पिन-कोटिंग की तुलना में inkjet छपाई के लिए एक प्रमुख लाभ है । इसके अलावा, inkjet छपाई सामग्री बनाम इस्तेमाल किया सामग्री के मामले में अत्यधिक कुशल है व्यर्थ । Inkjet मुद्रण भी अच्छी तरह से बड़े क्षेत्रों और रैपिड प्रोटोटाइप के लिए अनुकूल है । इन सुविधाओं का सुझाव inkjet मुद्रण एक जोड़ा combinatoric सुविधा के साथ रोल करने वाली रोल विनिर्माण के लिए एक उच्च क्षमता है ।

हालांकि inkjet मुद्रण एक होनहार बयान तकनीक वहां कुछ सीमाएं हैं: प्रिंटर सिर कॉलेस्ट्रॉल, मुद्रण योग्य सॉल्वैंट्स की सीमित संख्या है, और फिल्म एकरूपता । बहुमुखी प्रतिभा के मामले में सबसे बड़ी सीमा प्रिंटर में इस्तेमाल सॉल्वैंट्स से संबंधित है, नहीं हर विलायक उचित है और कुछ मामलों में मुद्रण घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है । उदाहरण के लिए, यह शायद एक अच्छा विचार के लिए स्याही विलायक के रूप में एसीटोन का उपयोग नहीं है, क्योंकि यह बाहर शुष्क या प्रिंटर घटकों के कुछ भंग होगा । कुछ सॉल्वैंट्स प्रिंट सिर और अंय क्षेत्रों में रबर गैसकेट के विस्तार का कारण होगा । यदि किसी भी टुकड़ा के लिए मुद्रण प्रक्रिया के दौरान विस्तार किया है लगता है, यह गर्म पानी में 10 मिनट के लिए जगह है और यह पूरी तरह से सूखे के लिए अनुमति देते हैं, यह सामांय आकार में लौटने ।

भरा प्रिंटर सिर एक और बाधा है और उंहें साफ रखने के इस प्रोटोकॉल में एक महत्वपूर्ण कदम है । प्रिंटर घटक साफ़ करने से पहले और मुद्रण पोस्ट करने के लिए रखा जाना चाहिए । प्रिंट सिर रबर पाल बांधने की रस्सी के साथ उंहें स्याही कारतूस स्लॉट में से प्रत्येक में आसपास धातु प्रतिरोधों शामिल हैं । गैसकेट स्याही कारतूस और प्रिंटर सिर के बीच एक सील रखने के उद्देश्य की सेवा । यह प्रिंट सिर और गैसकेट के रूप में संभव के रूप में साफ रखने के लिए महत्वपूर्ण है । इसके अलावा, कोमल जब गैसकेट हटाने के रूप में वे हटाने पर क्षतिग्रस्त हो सकता है ।

कम लागत और उच्च प्रदर्शन मुद्रण योग्य सौर सेल सामग्री की प्राप्ति उच्च दक्षता, उच्च स्थिरता प्राप्त करने के लिए एक एवेंयू है, और कम आला अनुप्रयोगों में लागत ऊर्जा उत्पादन, कि अभी भी बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए अनुमति दे सकते हैं, लेकिन जहां सिलिकॉन आधारित सामग्री प्रतिस्पर्धी नहीं हैं । इसके अलावा, आसानी से रोल करने वाली रोल संगत inkjet मुद्रण विधि वास्तविक स्केलेबल "मुद्रण योग्य" इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक नींव प्रदान करता है । उपलब्ध सब्सट्रेट और स्याही की एक विशाल संख्या के साथ, inkjet मुद्रण अनुप्रयोगों की एक व्यापक रेंज के लिए हल्के, लचीला, कम बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग की अनुमति देता है । ट्रांजिस्टर से क्वांटम डॉट प्रदर्शित करने के लिए photovoltaics, inkjet मुद्रण डिवाइस निर्माण के एक रोमांचक क्षेत्र है और महान वादा से पता चलता है. यदि डिजाइन नियमों का एक सेट के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल किया inkjet मुद्रण अनुप्रयोगों के लिए वांछित गुणों के साथ इंजीनियरिंग मुद्रण योग्य सामग्री के लिए एक उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास ब्याज का कोई वित्तीय विरोध नहीं है और इसका खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था, नेब्रास्का MRSEC के माध्यम से (ग्रांट DMR-१४२०६४५), चे-१५६५६९२, और चे-१४५५३३ के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ऊर्जा विज्ञान अनुसंधान के लिए नेब्रास्का केंद्र.

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