Inkjet udskriver alle uorganiske Halogenid Perovskite blæk til solcelle applikationer

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

En protokol til syntese af uorganiske-bly-Halogenid hybrid perovskite quantum dot blæk til inkjet printning og protokol for udarbejdelse og trykning af quantum dot blæk i en inkjetprinter med post karakterisering teknikker præsenteres.

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

En metode til at syntetisere photoactive uorganiske perovskite quantum dot blæk og en inkjet printer deposition metode, ved hjælp af de syntetiserede trykfarver, er påvist. Blæk syntesen er baseret på en simpel våde kemiske reaktion og inkjet udskriftsprotokol er en letkøbt trinvis metode. Inkjet trykt tynde film har været karakteriseret ved røntgen diffraktion, optisk absorption spektroskopi, fotoluminescente spektroskopi og elektroniske transport målinger. Røntgen diffraktion af trykte quantum dot film viser en overensstemmelse med en ændres stuetemperatur fase med (001) orientering krystalstruktur. Sammen med andre metoder, karakterisering viser røntgen diffraktion målinger høj kvalitet film kan fås gennem metoden inkjet print.

Introduction

Dieter Weber syntetiseret den første økologiske-uorganiske hybrid Halogenid perovskites i 19781,2. Omtrent fabrikeret 30 år senere i 2009, Akihiro Kojima og samarbejdspartnere fotovoltaiske enheder ved hjælp af den samme økologisk-uorganiske hybrid Halogenid perovskites syntetiseret af Weber, nemlig, CH3NH3PbI3 og CH3NH3 PbBr33. Disse forsøg blev begyndelsen på en efterfølgende flodbølge af forskning med fokus på økologisk-uorganiske hybrid Halogenid perovskites solcelle egenskaber. Fra 2009 til 2018, enheden power conversion effektivitet dramatisk steget fra 3,8%3 til over 23%4, making organiske-uorganiske hybrid Halogenid perovskites sammenlignes med Si-baserede solceller. Som med den økologiske-uorganiske Halogenid-baseret perovskites begyndte de uorganiske Halogenid-baseret perovskites at få trækkraft i Fællesskabets forskning omkring 2012 hvornår de første solceller enhed effektivitet blev målt til 0,9%5. Siden 2012 er alle uorganiske Halogenid-baserede perovskites kommet langt med nogle enhed effektivitet målt til at være over 13% som i 2017 undersøgelse af Sanehira et al. 6 både de økologiske-baserede og uorganiske-baserede perovskites finde programmer relateret til lasere7,8,9,10, light emitting dioder11, 12 , 13, høj energi stråling påvisning14, foto påvisning15,16og selvfølgelig fotovoltaiske programmer5,15,17,18 . Over næsten det seneste årti har mange forskellige syntese teknikker er opstået fra videnskabsfolk og ingeniører fra forarbejdet løsningsmetoder til vakuum dampe deposition teknikker19,20,21. Halogenid perovskites syntetiseres ved en løsning-forarbejdede metode er fordelagtige, da de kan let blive ansat som blæk til inkjet udskrivning15.

I 1987 rapporterede først brug af inkjet print af solceller blev præsenteret. Siden da, videnskabsfolk og ingeniører har søgt måder at kunne udskrive alle uorganiske solceller med attraktive ydeevne egenskaber og lav gennemførelsen koster22. Der er mange fordele ved inkjet print solceller i forhold til nogle af de fælles metoder, vakuum baseret fabrikation. Et vigtigt aspekt af inkjet print metode er at løsning-baserede materialer anvendes som blæk. Dette åbner døren for forsøg med mange forskellige materialer, såsom uorganiske perovskite-baseret trykfarver, som kan syntetiseres af facile våde kemiske metoder. Med andre ord er inkjet print af solcelle materialer en low-cost rute til rapid prototyping. Inkjet print har også fordele ved at kunne udskrive store områder på fleksible substrater og udskrive af design ved lave temperaturer i atmosfæriske forhold. Derudover er inkjet print særdeles velegnede til masseproduktion giver mulighed for realistisk billigt rulle-til-rulle gennemførelsen23,24.

I denne artikel diskutere vi først de forskellige trin med syntese uorganiske perovskite quantum dot blæk til inkjet printning. Derefter beskriver vi de yderligere skridt for at forberede udskrivning og de faktiske procedurer for inkjet udskriver en photoactive film ved hjælp af en kommercielt tilgængelig inkjetprinter blæk. Endelig vil diskutere vi karakterisering af de trykte film, som er nødvendige for at sikre filmene er korrekt kemiske og crystal sammensætning for høj kvalitet enhed ydeevne.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsigtig: Kontakt lab's materielle sikkerhedsdatablade (MSDS), før du fortsætter. Kemikalier, der anvendes i disse syntese protokoller har tilknyttede sundhedsrisici. Derudover har nanomaterialer yderligere risici i forhold til deres bulk modstykke. Brug venligst alle relevante sikkerhedspraksis, når du udfører en nanocrystal reaktion, herunder brug af et stinkskab eller handskerum og den korrekte personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, laboratoriekittel, bukser, lukket tå sko, osv.).

1. forløber syntese

  1. Cæsium oleat forløber syntese
    Bemærk: Cæsium oleat er syntetiseret under en N2 miljø.
    1. Tilføje 0.203 g cæsium karbonat (Cs2CO3), 10 mL af octadecene (ODE), og 1.025 mL af oliesyre (OA) til en tre hals rund bund omrøring kolbe. Tre hals rund bund kolben for cæsium oleat forløber der hedder 1 i figur 1a.
    2. Læg et termometer eller termoelement i en af de halse via en gummiprop.
    3. Placere en gummi septum i en af de resterende halse og derefter vedhæfte den tredje og sidste hals til en nitrogen gas linje via en Schlenk linje. Placer blandingen under en luftformigt kvælstof atmosfære.
    4. Opvarm blandingen til 150 ° C under konstant omrøring med en omrøring hastighed på 399 mm/s ved hjælp af en 2,54 cm magnetiske rør bar indtil Cs2CO3 fuldt ud er opløst.
    5. Sænk temperaturen til 100 ° C for at undgå udfældning og nedbrydning af cæsium oleat og forlade omrøring med samme omrøring hastighed som i trin 1.1.4.
  2. Oleylamine-PbBr2 forløber syntese
    Bemærk: Oleylamine-PbBr2 forløber er syntetiseret under en N2 miljø.
    1. Tilføje 37,5 mL af ODE, 7,5 mL af oleylamine (OAm), 3,75 mL af OA og 1,35 mmol af PbBr2 i en anden tre hals rund bund omrøring kolbe. Tre hals rund bund omrøring kolbe for OAm-PbBr2 er mærket 2 i figur 1a. Figur 1b viser ublandet forløber løsning.
    2. Læg et termometer eller termoelement i en af halsen og placere en slags polymerfilm omkring termometer/termoelement seal hals, se figur 1.
    3. Placer en gummiprop i et af de resterende halse og derefter vedhæfte den tredje og sidste hals til en nitrogen gas linje via en Schlenk linje. Placer blandingen under luftformigt kvælstof atmosfære.
    4. Varme blanding til 100 ° C under konstant omrøring med en omrøring hastighed på 599 mm/s ved hjælp af en magnetisk røre bar indtil PbBr2 er helt opløst. Forløber løsningen under konstant omrøring er vist i figur 1c og fuldt opløst forløber løsning er vist i figur 1d.
    5. Opvarm blandingen til 170 ° C under konstant omrøring, mærke blandingen gennemgår en farveændring til mørk gul når at nå til 170 ° C som det ses i figur 1d. forlader omrøring under 170 ° C varme.

2. CsPbBr3 Quantum Dot syntese

  1. Bruger en 2 mL glas sprøjte, med en 10 cm lang 18 gauge kanyle, udtrække 1.375 mL af cæsium oleat forløber fra tre hals kolbe gennem gummi septum, som vist i figur 2en.
  2. Hurtigt indsprøjtes via gummi septum, cæsium oleat forløber i tre hals kolbe indeholdende OAm-PbBr2 forløber, som vist i figur 2b 1.375 mL. Der bør være en observerbar farveændring, en strålende gul-grøn, som vist i figur 2c.
  3. Efter indsprøjtning cæsium oleat forløber, Vent 5 s, tre hals kolben fjernes fra varmen og fordybe tre-hals rund bund kolben i et bad med is/vand ved 0 ° C, som vist i figur 3en.
  4. Adskille løsning i tre hals kolben lige så i 2 reagensglas, ca 25 mL pr. reagensglas.
  5. Tilsættes 25mL acetone til hver supernatanten løsninger, så adskille med centrifugeres ved hjælp af parametre nedenfor.
  6. Adskille quantum dots ved hjælp af en centrifuge på 2431.65 x g i 5 min ved stuetemperatur indstilling, som vist på figur 3b.
  7. Adskille supernatanten og centrifugeret quantum dots, som vist i figur 3 c, ved at hælde supernatanten i et tomt prøveglas.
  8. Endelig, opløse adskilt quantum dots i 10-25 mL af hexanes eller cyklohexan. Denne løsning kan derefter bruges som en blæk i printerblækpatroner til udskrivning tynde film.
    Bemærk: En kommercielt tilgængelig inkjetprinter blev brugt til at udskrive alle quantum dot tynde film af uorganiske Halogenid-baserede perovskite blæk. I denne protokol substrater af amorf glas og Indium tin oxid belagt polyethylenterephthalat (ITO/PET) blev brugt under målingerne. For at sikre, at substrat overfladen er ren før udskrivning, blev substraterne renset ved hjælp af en acetone vask efterfulgt af en methanol vask.

3. rensning Printer hovedet

  1. Kontroller først, printeren er tilsluttet og strømmen slået til for at få adgang til blækpatroner og printer hoved.
  2. Fjerne blækpatronerne fra printer hoved, åbne toppen af printeren og vente til blækpatroner at vende tilbage til midterpositionen og de røde lys nedenunder blækpatroner skal oplyses, og fjern derefter alle patroner.
  3. Flyt skrivehovedet lidt til højre og træk ud vagt på bakken blæk, så det tillader bakke til at forblive på plads som vist i figur 4. Nå til bagsiden af bakken blæk og klemme plastik opdeleren adskiller de to halvdele af skrivehovedet. Træk forsigtigt og skrivehovedet fjernes nemt.
  4. For at rense skrivehovedet, forberede et fad med et par millimeter af varmt vand. Sted skrivehovedet i vandet med slidser i bunden neddykket. Undgå kontakt mellem de grønne elektroniske dele på bagsiden og vandet, fordi det har potentiale til at gøre skade på skrivehovedet.
  5. Bruge en pipette og varmt vand til at droppe vand på modstandene. Forlade skrivehovedet sidder i varmt vand i 1-2 timer.
  6. Når færdig opblødning i varmt vand, sted i printer hovedet på en lab væv og lad tørre i mindst 20 min. undgå tørre bunden af skrivehovedet fordi fibre fra tørre kan sidde fast i spalterne hvor blæk er udleveret.
  7. Returnere skrivehovedet til sin position og skubbe vagten tilbage til udgangspositionen.

4. udskrivning Perovskite Quantum Dot blæk

Bemærk: Denne protokol bruger en inkjet-printer, der omfatter evnen til at udskrive CD-etiketter på cd'er ved hjælp af en stiv CD CD-skuffe. Det anbefales før udskrivning perovskites, at en skåret ud af en foretrukken form og størrelse af substratet og derefter udskrive den nøjagtige størrelse og form af den ønskede substrat på CD disk selv ved hjælp af sort blæk, som vist i figur 5.

  1. Tegne en lige streg på kanten af disken og Fortsæt det på CD-skuffen. På denne måde skabelonen CD kan være linet op på samme måde hver gang og sikre trykfarverne udskrives på den ønskede placering.
  2. Sted substrat over blæk billeder trykt på disken. Underlaget kan holdes på plads ved hjælp af dobbeltklæbende tape eller nogle andre klæbende, som vist i figur 5b.
  3. Før påfyldning af blækpatroner, sikre den orange Forside er installeret korrekt på bunden af blækpatronen, som vist i figur 6en. Dette vil forhindre blæk løber ud i bunden af blækpatronen.
  4. Når blæk løsning er lavet, som i trin 2.9, og coveret er på patronen, bruge en pipette til at injicere quantum dot blæk i toppen af blækpatron, som vist i figur 6en.
    Bemærk: Quantum dot blæk bliver absorberet af svamp, indtil det bliver mættet og den resterende blæk vil blive gemt i rummet ved siden af svamp. Undgå over fylde dette rum, fordi blækket kan flygte fra toppen, når det bliver næsten fuld.
  5. Når patronen er fyldt til den ønskede mængde, sæt toppen med en gummiprop og fjern forsigtigt dækslet til orange nederst. Vær forberedt på lidt blæk til at flygte gennem bunden, når du udfører denne handling.
  6. Placer blækpatronen i printer hovedet og være sikker på, at det klikker på plads, som vist i fig. 6b, Sørg for at indsætte de resterende patroner, enten tom eller fuld før du fortsætter til næste trin, som vist i figur 6c.
  7. Lukke op printeren og vente på printer hovedet tilbage til langt højre side af printeren.
  8. Kontroller, at farven på de billeder, der udskrives svarer til den blækpatron farve der indeholder quantum dots. Et fast billede af cyan, magenta eller gul har vist sig for at virke bedst (sort er tricky, fordi der er to sorte patroner).
  9. Klik på Udskriv i nederste højre hjørne og følg den på skærmen instruktioner.
  10. Mens printeren varmer op, kontrollere, at disken er korrekt justeret på disk bakken, således, at billedet på skærmen udskrives nøjagtigt hvor det var forventet.
  11. En instruktion vises på skærmen, der dirigerer brugeren til at åbne dækslet disk på printeren, og Indsæt disk skuffen indeholdende disken ind i maskinen. Udføre denne handling og derefter trykke på knappen Genoptag (orange blinkende) på printeren eller klik på knappen "OK" på skærmen, som vist i figur 7a og 7b.
  12. På dette tidspunkt vil printeren acceptere i disk skuffen, og udskrive perovskites på bærematerialet, når udskrivningen er færdig; Check er at blæk faktisk trykt på substrat som tilstopning et fælles problem.
    1. Holde en ultra violet (UV) lampe over underlaget, hvis trykning ikke virkede der vil være noget lignende til figur 7c; ellers vil der luminescing film som i figur 7d hvis de ovennævnte protokol fungerede korrekt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Krystalstruktur karakterisering

Kendetegner krystalstruktur er afgørende om syntesen af de uorganiske perovskites. Røntgen diffraktion (XRD) blev udført i luft ved stuetemperatur på en diffractometer ved hjælp af en 1,54 Å bølgelængde Cu-Kα lyskilde. Ved hjælp af ovenstående protokoller bør føre til en rumtemperatur ændres krystalstruktur for CsPbBr3 quantum dot trykfarver, som vist i figur 8et.

XRD resultater, som vist i figur 8a, angive, at de krystallinske CsPbBr3 QD trykfarver opretholde en ændres stuetemperatur perovskite struktur efter inkjet print proces, i god aftale med rapporter i litteraturen8 , 15 , 25 , 26. den Scherrer ligning27 kan bruges sammen med en standard Lorentzian distribution fitting funktion af den (220) Bragg peak, til at bestemme quantum dot størrelse, som i dette tilfælde er ca 5,5 nm i diameter. Scherrer ligning er vist nedenfor,
Equation
hvor D er diameteren af quantum dot, k er en dimensionsløs form faktor, λ er X-ray bølgelængde, β er fuld bredde på halv-maksimalt peak i radianer og θ er Bragg diffraktion vinkel. En form faktor, k = 0,89 som bruges for kuben som nanopartikler, blev udnyttet i beregninger28.

Optisk Absorption og fotoluminescens spektroskopi karakterisering

Det er velkendt at de optiske egenskaber af disse uorganiske perovskite quantum dots er følsomme over for quantum dot størrelse og støkiometrisk af uorganiske (kation) og Halogenid (anion) atomer. Små ændringer i størrelse eller støkiometrisk af quantum dots vil føre til forskellige absorption og luminescence profiler. Optisk absorption og fotoluminescens blev udført med en Deuterium-Halogen lyskilde udstyret med en UV-Near infrarød (UV-NIR) højtopløselige spektrometret, hvor deuterium lampe bølgelængdeområdet er 210-400 nm og Halogen lampe bølgelængde området er 360-1500 nm. I figur 8b, fotoluminescens profil (sort kurve) for CsPbBr3 er vist og peak holdning er ≈ 520 nm. Ligeledes, i figur 8b, optisk absorption profil (rød kurve) til CsPbBr3 er vist med en excitonic peak observeret omkring 440 nm. Den ovennævnte protokol hvis udført bør resultere i en fotoluminescens og absorption profil som vist i figur 8b.

Elektronisk Transport karakterisering

En sourcemeter, en picoammeter og et multimeter blev brugt til at måle den aktuelle spænding (I-V) kurver. En impedans analyzer blev brugt til at måle kapacitans-spænding (C-V) kurver. I-V og C-V målinger blev taget for trykte film på mørke og lyse betingelser, som vist i tal 8 c og 8 d. Uden belysning blev en mørk strøm på 1,3 pA på 1,0 V anvendt spænding målt. Under belysning, med lyskilde præge 14,1 mW/cm2, den målte aktuelle øges lineært til 2,64 mA på 1,0 V anvendt spænding. Udseendet af en betydelig ikke-nul strøm, under lys belysning, angiver, at filmen er photoactive. Filmene kan udstille meget højt på/off nøgletal, så højt som 109, hvilket tyder på god potentielle applikationer relateret til photodetection.

Filmene udviser meget lave kapacitans mørke betingelser når ingen belysning er til stede, som kan ses i figur 8d. Under lys belysning målt nul-bias kapacitansen stigninger til 14,45 nF. Når under lys belysning en målte nul kapacitans på nul-bias er endnu et tegn på at filmene er photoactive.

Figure 1
Figur 1: Quantum Dot forløber syntese. a cæsium oleat forløber i tre hals kolberne mærket 1 og OAm-PbBr2 forløber i tre hals kolbe mærket 2. (b) at sætte oleylamine og PbBr2 i tre hals kolbe. (c) blanding og varme OAm-PbBr2 forløber løsning. (d) OAm-PbBr2 forløber er fuldt opløst, mærke de mørke gule farveændring. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: forløber injektion metode. a udvinding 1.375 mL af cæsium oleat til injektion. (b) indsprøjtning cæsium oleat i OAm-PbBr2 løsning. c hurtige farveskift og dannelsen af quantum dot løsning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: is bad og centrifugering. a den syntetiserede quantum dot løsning placeret i is bad (b) to rør med lige store mængder af løsning placeret i centrifuge. c quantum prik pulveret i bunden af reagensglas med supernatanten løsningen på top, post centrifugering. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: skære substrat og knyttet til udskrivning skabelon. (a) skære ITO/PET substrat. (b) udskrivning skabelon med vedlagte substrat. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: fjernelse printhovedet. a skrivehovedet kan fjernes ved at trykke lige lidt som angivet af pilen. (b) efter skrivehovedet er blevet fjernet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Loading blækpatroner med Quantum Dot trykfarver. (a) indsprøjtning blæk i blækpatroner via en pipette. (b) indsættelse fyldt blæk patron i skrivehovedet. c indsættelse resterende tomme blækpatroner i skrivehovedet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: udskrivning og kvalitetstjek. a indsætte disk bakke i printeren. (b) ved at trykke på den orange blinkende knappen for at starte udskrivning procedure. (c) en mislykket udskrivning som ingen film er til stede under UV belysning. (d) en vellykket udskrivning som angivet ved tilstedeværelsen af filmen under UV belysning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: Post udskrivning karakterisering. a røntgen diffraktion frekvenser til CsPbBr3. (b) optisk absorptionsspektrum (rød kurve) og fotoluminescens spektrum (sort kurve). c nuværende spænding frekvenser til CsPbBr3 under belysning (rød kurve) og i mørke (blå kurve). (d) kapacitans-spænding frekvenser til CsPbBr3 under belysning (rød kurve) og i mørke (blå kurve). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Der er mange parametre i den inkjet print proces, der påvirker den endelige trykte film. Diskussion af alle disse parametre er uden for rammerne af denne protokol, men da denne protokol fokuserer på en løsning-baseret syntese og deposition metode, er det hensigtsmæssigt at give en kort sammenligning til andre velkendte løsning-baseret deposition metoder: den spin-coating metoden og metoden læge-bladet.

Metoden spin-coating er meget hurtig, producerer ensartede film og er billigt. Filmtykkelse kan varieres ved justering af viskositet og rotationshastighed af spin coater. Spin-coating er kendt for at være meget uøkonomisk, fordi de fleste af materialet skubbes ud på overfladen efter spinning. Spin-coating er også langsom, fordi processen er prøve af prøve, spin-coating er således ikke egnet til storstilet forarbejdning. På anden siden er metoden læge-bladet, som også er billig og simpel. Den virkelige fordel er ensartet tykkelse af filmene, men metoden læge-blade er meget langsom og spilder en enorm mængde af materialer. Inkjet print som både spin-coating og læge-bladet metoder er lave omkostninger. Evnen til at udskrive ved design er en stor fordel at inkjet print i forhold til læge-blading og spin-coating. Inkjet print er også meget effektiv med hensyn til materialer brugt versus materialer spildt. Inkjet print er også velegnet til store områder og rapid prototyping. Disse funktioner foreslår inkjet print har et stort potentiale for rulle-til-rulle produktion med en ekstra kombinatorisk funktion.

Selvom inkjet printning er en lovende deposition teknik der er visse begrænsninger: printer hoved tilstopning, begrænset antal printable opløsningsmidler, og filmen homogenitet. Den største begrænsning for alsidighed vedrører opløsningsmidler i printeren, ikke hvert opløsningsmiddel er hensigtsmæssigt og i nogle tilfælde kan beskadige komponenterne udskrivning. For eksempel, er det nok ikke en god idé at bruge acetone som solvent blæk, da dette vil tørre ud eller opløse nogle af komponenterne printer. Visse opløsningsmidler vil medføre en udvidelse af gummipakninger i skrivehovedet og andre områder. Hvis et stykke synes at have udvidet under udskrivningsprocessen, placere den i varmt vand i 10 min og lad det tørre helt, returneres til normal størrelse.

Tilstoppede printer hoveder er en anden hindring og at holde dem rene er et kritisk skridt i denne protokol. Printeren komponenter skal holdes ren forud for og efter udskrivning. Skrivehovedet indeholder metallisk modstande med gummipakninger omkring dem i hver af blækpatron slots. Fugebåndet tjene formålet med at holde en forsegling mellem blækpatronen og printer hovedet. Det er vigtigt at holde skrivehovedet og pakninger så rene som muligt. Desuden være blid, når du fjerner pakninger, som de kan blive beskadiget efter udtagning.

Realiseringen af lave omkostninger og høj ydeevne printable solcelle materialer er en vej til at opnå høj effektivitet, høj stabilitet og billig energiproduktion i niche applikationer, der kan stadig giver mulighed for stor skala indsættelse, men hvor silicium-baserede materialer er ikke konkurrencedygtige. Desuden giver let rulle-til-rulle kompatibel inkjet udskrivning metode et fundament for realistisk skalerbare "printable" elektronik. Med et utal af tilgængelige substrater og blæk giver inkjet print adgang til fabrikation af let, fleksibel, strømbesparende elektroniske enheder for en bred vifte af applikationer. Fra transistorer quantum dot skærme til solceller, inkjet printning er en spændende indretning fabrikation og viser meget lovende. Hvis bruges sammen med et sæt af design regler inkjet print kan bruges som et værktøj til engineering printbare materialer med ønskede egenskaber for programmer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen finansielle interessekonflikter og har intet at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af National Science Foundation, gennem Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692, og CHE-145533 samt Nebraska Center for Science forskning.

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