Inkjet utskrifter alla oorganiska halogenidföreningar perovskit bläck för solcellsapplikationer

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

Ett protokoll för syntetisera oorganiska-bly-halide hybrid perovskit quantum dot tryckfärger för bläckstråleskrivare och protokollet för att förbereda och skriva ut quantum dot bläck i en bläckstråleskrivare med post karakterisering tekniker presenteras.

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 metod för att syntetisera fotoaktiva oorganiska perovskit quantum dot bläck och en bläckstråle skrivare nedfall metod, med de syntetiserade bläck, demonstreras. Bläck syntesen baseras på en enkel våta kemiska reaktion och protokollet inkjet utskrifter är en lättköpt steg för steg-metod. Bläckstråleskrivare tryckt tunna filmer har präglats av röntgendiffraktion, optisk absorption spektroskopi, efterlysande spektroskopi och elektroniska transport mätningar. Röntgendiffraktion av tryckta quantum dot filmerna visar en kristallstruktur som är konsekvent med en Ortorombiska rumstemperatur fas med (001) orientering. I samband med andra metoder för karakterisering visar röntgendiffraktion mätningarna hög kvalitet filmer kan erhållas genom metoden inkjet utskrifter.

Introduction

Dieter Weber syntetiseras det första organiska-oorganiska hybrid halide perovskiter i 19781,2. Ungefär fabricerade 30 år senare, 2009, Akihiro Kojima och medarbetare solceller enheter som använder den samma organiska-oorganiska hybrid halide perovskiter syntetiseras av Weber, nämligen, CH3NH3PbI3 och CH3NH3 PbBr33. Dessa experiment var början av en efterföljande flodvåg av forskning med fokus på organiska-oorganiska hybrid halide perovskiter solceller egenskaper. Från 2009 till 2018, enhet makt verkningsgraden dramatiskt ökade från 3,8%3 till över 23%4, att göra organiska-oorganiska hybrid halide perovskiter jämförbar med Si-baserat solceller. Med den organiska-oorganiska halogenidföreningar-baserade perovskiter började den oorganiska halogenidföreningar-baserade perovskiter få dragkraft i forskarvärlden runt 2012 när den första solceller enhet effektiviteten mättes till 0,9%5. Sedan 2012 har de alla oorganiska halogenidföreningar-baserade perovskiter kommit långt med några enhet effektivitet mäts för att vara över 13% som i 2017 studien av Sanehira et al. 6 både de organiska- och oorganiska-baserade perovskiter hitta applikationer relaterade till lasrar7,8,9,10, light emitting dioder11, 12 , 13, hög energi strålning upptäckt14, foto identifiering15,16och naturligtvis solcellsapplikationer5,15,17,18 . Nästan det senaste decenniet, många olika syntes tekniker har dykt upp från forskare och ingenjörer från bearbetas lösningsmetoder vakuum ånga nedfall tekniker19,20,21. De halide perovskiter syntetiseras med en lösning-bearbetade metod är fördelaktigt eftersom de kan enkelt användas som bläck för inkjet printing15.

I 1987 rapporterade först användningen av bläckstråleutskrifter solceller presenterades. Sedan dess har forskare och ingenjörer har sökt sätt att framgångsrikt Skriv alla oorganiska solceller med attraktiva prestanda egenskaper och låg genomförandet kostar22. Det finns många fördelar med inkjet utskrifter solceller, jämfört med några av de gemensamma vakuum basera fabrication-metoderna. En viktig aspekt av den inkjet utskriftsmetoden är att lösning-baserade material används som bläck. Detta öppnar dörren för prövningar av många olika material, såsom oorganiska perovskit-bläck, som kan syntetiseras av lättköpt våtkemiska metoder. Med andra ord, är bläckstråleutskrifter solcell material en låg kostnad rutt till prototyper. Bläckstråleutskrifter har också fördelar av att kunna skriva stora områden på flexibla substrat och skriva av design vid låga temperaturer i atmosfäriska förhållanden. Bläckstråleskrivare är dessutom mycket lämpligt för massproduktion möjliggör realistiska låg kostnad rulle till rulle genomförandet23,24.

I denna artikel diskutera vi först de olika stegen med syntetisera oorganiska perovskit quantum dot tryckfärger för bläckstråleskrivare. Sedan beskriver vi de ytterligare steg för att förbereda bläck för utskrift och faktiska förfarandena för inkjet printing fotoaktiva film använder en kommersiellt tillgänglig inkjet-skrivare. Slutligen diskuterar vi karakterisering av de tryckta filmerna som är nödvändiga för att säkerställa filmerna är rätt kemiska och crystal sammansättning för högkvalitativa enhetens prestanda.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Varning: Vänligen kontakta Labbets säkerhetsdatablad (MSDS) innan du fortsätter. Kemikalier som används i dessa syntes protokoll har associerat hälsorisker. Nanomaterial har dessutom ytterligare risker jämfört med deras bulk motsvarighet. Använd alla lämpliga säkerhetsrutiner när du utför en fysikalisk reaktion inklusive användning av dragskåp eller handskfack och lämplig personlig skyddsutrustning (skyddsglasögon, handskar, labbrock, byxor, stängd tå skor, etc.).

1. föregångare syntes

  1. Cesium oleate föregångare syntes
    Obs: Cesium oleate syntetiseras under en N2 miljö.
    1. Lägga till 0.203 g cesium karbonat (Cs2CO3), 10 mL av octadecene (ODE) och 1.025 mL oljesyra (OA) till en tre necked rund botten omrörning kolv. Tre spetsig rund botten kolven för cesium oleate föregångare är märkt 1 i figur 1a.
    2. Placera en termometer termoelement till ett av de halsar via en gummipropp.
    3. Placera en gummi septum i en av de återstående halsarna och sedan bifoga den tredje och sista halsen till en kväve gas linje via en Schlenk linje. Placera blandningen under ett gasformigt kväveatmosfär.
    4. Värm blandningen till 150 ° C under ständig omrörning med en omrörningsanordning hastighet av 399 mm/s med en 2,54 cm magnetisk uppståndelse bar tills Cs2CO3 fullt upplöser.
    5. Sänk temperaturen till 100 ° C för att undvika utfällning och nedbrytning av cesium oleate och lämna omrörning med samma omrörning hastighet som i steg 1.1.4.
  2. Oleylamine-PbBr2 föregångare syntes
    Obs: Oleylamine-PbBr2 föregångare syntetiseras under en N2 miljö.
    1. Tillsätt 37,5 mL ODE, 7,5 mL av oleylamine (OAm), 3,75 mL OA och 1,35 mmol PbBr2 in ytterligare tre necked rund botten omrörning kolv. Tre necked rund botten omrörning kolv för OAm-PbBr2 är märkt 2 i figur 1a. Figur 1b visar oblandade föregångare lösningen.
    2. Placera en termometer eller termoelement i en av halsar och placera något slags polymerfilm runt termometer/termoelement till tätning hals, se figur 1.
    3. Placera en gummipropp i någon av de återstående halsarna och sedan bifoga den tredje och sista halsen till en kväve gas via en Schlenk linje. Placera blandningen under gasformigt kväveatmosfär.
    4. Värm blandningen till 100 ° C under ständig omrörning med en omrörningsanordning hastighet av 599 mm/s med en magnetisk uppståndelse bar tills den PbBr2 är helt upplöst. Föregångaren lösningen under ständig omrörning visas i figur 1c och fullständigt upplösta föregångare lösningen visas i figur 1d.
    5. Värm blandningen till 170 ° C under ständig omrörning, märka blandningen genomgår en färgförändring till mörkt gul när når 170 ° C som ses i figur 1d. lämnar omrörning under 170 ° C värme.

2. CsPbBr3 Quantum Dot syntes

  1. Med en 2 mL spruta av glas, med en 10 cm lång 18 gauge nål, extrahera 1,375 mL cesium oleate föregångare från tre hals kolven genom gummi septum som visas i figur 2en.
  2. Snabbt injicera, via gummi septum, de 1,375 mL av cesium oleate föregångare till tre hals mätkolv som innehåller OAm-PbBr2 föregångare, som visas i figur 2b. Det bör finnas en observerbar färgförändring, en lysande gul-grön, som visas i figur 2c.
  3. Efter injektion av cesium oleate föregångare, vänta 5 s, ta bort tre hals kolven från värmen och doppa tre-hals rund botten kolven i en is/vattenbad vid 0 ° C, som visas i figur 3en.
  4. Dela upp lösningen i tre hals kolven lika i 2 provrör, ungefär 25 mL per provrör.
  5. Tillsätt 25mL aceton till varje supernatant lösningar och sedan separat med centrifug använder parametrarna nedan.
  6. Separat kvantprickarna med en centrifug vid 2431.65 x g för 5 min vid rumstemperatur inställning, som visas i figur 3b.
  7. Separat supernatanten och centrifugeras kvantprickarna, som visas i figur 3 c, genom att hälla supernatanten i ett tomt provrör.
  8. Slutligen, lös separerade kvantprickarna i 10-25 mL hexanes eller cyclohexanes. Denna lösning kan sedan användas som en bläck i bläckpatroner för skrivare för utskrift tunna filmer.
    Obs: Ett kommersiellt tillgängliga bläckstråleskrivare användes för att skriva ut alla quantum dot tunna filmer av oorganiska halogenidföreningar-baserade perovskit bläck. I detta protokoll substrat av amorft glas och Indium tinoxiden belagda polyetentereftalat (ITO/PET) användes under mätningarna. För att säkerställa att substrat yta är ren innan du skriver ut, var substratesna rengöras med en aceton tvätta följt av en metanol-tvätt.

3. Rengöra skrivhuvudet

  1. Först se till att skrivaren är inkopplad och kraft att komma åt bläckpatronerna och skrivhuvudet.
  2. Ta bort bläckpatronerna från skrivhuvudet, öppna toppen av skrivaren och vänta på bläckpatronerna tillbaka till mittläget och de röda lamporna under bläckpatronerna som skall belysas, och sedan alla patroner.
  3. Flytta skrivhuvudet något till höger och dra ut vakten på bläck brickan så att den tillåter facket bo på plats som visas i figur 4. Nå till baksidan av bläck facket och nyp plast avdelare separera de två halvorna av skrivhuvudet. Dra försiktigt och skrivhuvudet tas enkelt bort.
  4. För att rengöra skrivhuvudet, förbereda en maträtt med några millimeter av varmt vatten. Placera skrivhuvudet i vattnet med skårorna längst ned under vattenytan. Undvik kontakt mellan de gröna elektroniska delarna på baksidan och vatten eftersom detta har potential att göra skada på skrivhuvudet.
  5. Använd en pipett och varmt vatten för att släppa vatten på motstånden. Låt skrivarhuvudet sitter i varmt vatten för 1-2 h.
  6. När klar blötlägga i varmt vatten, placera skrivaren huvudet på en lab vävnad och låt torka i minst 20 min. Undvik torka botten av skrivhuvudet eftersom fibrerna från torka kan fastna i skårorna där bläck dispenserats.
  7. Tillbaka skrivhuvudet till läge och skjut vakten tillbaka till sin ursprungliga position.

4. utskrift perovskit kvantpricken bläck

Obs: Detta protokoll använder en bläckstråleskrivare som inkluderar möjligheten att skriva ut CD-etiketter på CD-skivor med hjälp av en styv CD avkasta bricka. Det rekommenderas före utskrift perovskiter, att man skär ut en önskad form och storlek av substratet och sedan skriva ut den exakta storleken och formen på önskad substratet på CD-skivan själv med svart bläck, som visas i figur 5.

  1. Rita en rak linje vid kanten av disken och fortsätt det på CD-facket. Detta sätt CD mallen kan vara uppradade på samma sätt varje gång och säkerställa bläck utskrift på önskad plats.
  2. Placera substratet över bläck bilderna tryckta på disken. Substratet kan hållas på plats med hjälp av dubbelhäftande tejp eller några andra lim, som visas i figur 5b.
  3. Innan du fyller bläckpatroner, säkerställa orange locket är korrekt installerad på undersidan av bläckpatronen, som visas i figur 6en. Detta hindrar bläcket rinner ut botten av kassetten.
  4. När bläck lösningen görs, som i steg 2,9, och omslaget är på kassetten, använder en pipett för att injicera quantum dot bläcket i toppen av bläckpatronen, som visas i figur 6en.
    Obs: Quantum dot bläcket kommer att absorberas av svampen tills den blir mättad och återstående bläcket lagras i kupén bredvid svampen. Undvika alltför fylla detta fack, eftersom bläcket kan fly från toppen när det blir nästan full.
  5. När patronen är fylld till önskad mängd, koppla upp med gummiproppen och ta försiktigt bort locket orange botten. Var beredd på lite bläck att fly genom botten när du utför den här åtgärden.
  6. Placera bläckpatronen i skrivaren huvudet och vara säker på att den snäpper på plats, som visas i figur 6b, infoga resterande patronerna, antingen tom eller full innan du fortsätter till nästa steg, som visas i figur 6c.
  7. Stäng av skrivaren och vänta tills skrivhuvudet att återvända till långt höger sida av skrivaren.
  8. Kontrollera färgen på bilderna som ska skrivas ut motsvarar den bläck bläckpatron färg innehållande kvantprickarna. En gedigen bild av cyan, magenta eller gul har befunnits fungera bäst (svart är knepigt eftersom det finns två svarta bläckpatroner).
  9. Klicka på Skriv ut på i nedre högra hörnet och följ den på skärmen instruktioner.
  10. Medan skrivaren värms upp, kontrollera att disken är korrekt justerad på skivfacket, så att bilden på skärmen ut exakt var väntat.
  11. En instruktion visas på skärmen som leder användaren till öppna disk locket på skrivaren och sätt i diskfacket innehållande disken i maskinen. Utföra den här åtgärden och sedan tryck på knappen återuppta (orange blinkande) på skrivaren eller klicka på ”OK” knappen på skärmen som visas i figur 7a och 7b.
  12. På denna punkt accepterar skrivaren de släden och print perovskiter på underlaget, när utskriften är klar; Kontrollera är att bläcket faktiskt tryckt på substratet som igensättning ett vanligt problem.
    1. Håll en ultra violett (UV)-lampa över underlaget, om utskrift inte fungerade det kommer något liknande till figur 7c; annars kommer att det luminescing film som i figur 7d om protokollet ovan fungerade ordentligt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Kristallstrukturen karakterisering

Karaktärisera kristallstrukturen är avgörande om syntesen av den oorganiska perovskiter. Röntgendiffraktion (XRD) utfördes i luft vid rumstemperatur på en diffractometer använder en 1,54 Å våglängd Cu-Kα ljuskälla. Med de ovanstående protokoll bör leda till en rumstemperatur Ortorombiska kristallstruktur för CsPbBr3 quantum dot tryckfärgerna som visas i figur 8en.

XRD resultat, som visas i figur 8a, på att kristallin CsPbBr3 QD bläck bibehålla en Ortorombiska rumstemperatur perovskit struktur efter inkjet utskriftsprocessen, bra överens med rapporter i litteraturen8 , 15 , 25 , 26. the Scherrer ekvation27 kan användas tillsammans med en standard Lorentzian fördelning passande funktion av (220) Bragg toppen, för att bestämma quantum dot storlek, som i detta fall är ungefär 5.5 nm i diameter. Scherrer ekvationen visas nedan,
Equation
där D är diameter kvantprickens, k är en dimensionslös form faktor, λ är våglängden röntgen, β är den full bredden vid halv-högsta topp i radianer och θ är Bragg diffraktion vinkeln. En form faktorn, k = 0,89 som används för kub som nanopartiklar, utnyttjades i beräkningar28.

Optisk Absorption och fotoluminescens spektroskopi karakterisering

Det är väl känt att de optiska egenskaperna av dessa oorganiska perovskit kvantprickar är känsliga för quantum dot storlek och stökiometri av oorganiska (katjon) och halider (anjon) atomer. Små förändringar i storlek eller stökiometri av kvantprickarna kommer att leda till olika absorption och luminiscens profiler. Optisk absorption och fotoluminescens utfördes med en Deuterium-Halogen ljuskälla utrustad med en infraröd UV-Near (UV-NIR) hög upplösning-spektrometer, där våglängdsområdet deuterium lampa är 210-400 nm och Halogen lampa våglängden utbudet är 360-1500 nm. I figur 8b, fotoluminescens profilen (svarta kurvan) för CsPbBr3 visas och topplacering är ≈ 520 nm. På samma sätt i figur 8b, optisk absorption profilen (röd kurva) för CsPbBr3 visas med en excitonic topp observerades cirka 440 nm. Det ovanstående protokollet om framgångsrikt genomförs bör resultera i en fotoluminescens och absorption profil som visas i figur 8b.

Elektroniska Transport karakterisering

En sourcemeter, en picoammeter och en multimeter användes för att mäta ström-spänning (I-V) kurvor. En impedans analysator användes för att mäta kapacitans-spänning (C-V) kurvor. -V och C-V mätningar togs för tryckta filmer under mörka och ljusa förhållanden, som visas i figur 8 c och 8 d. Utan belysning mättes en mörk ström på 1.3 pA vid 1,0 V tillämpad spänning. Under belysning, med ljuskälla influenser av 14,1 mW/cm2, uppmätta strömmen ökade linjärt till 2,64 mA vid 1,0 V tillämpad spänning. Utseendet på en betydande icke-noll ström, under ljus belysning, indikerar att filmen är fotoaktiva. Filmerna kan uppvisar mycket hög tvåläges nyckeltal, så hög som 109, vilket tyder på bra potentiella applikationer som hör till photodetection.

Filmerna uppvisar mycket låg kapacitans under mörka förhållanden när det finns ingen belysning, som kan ses i figur 8d. Under ljus belysning zero-bias mätt kapacitans ökar till 14.45 nF. När under ljus belysning en uppmätt noll kapacitans på noll-bias är en annan indikation på att filmerna är fotoaktiva.

Figure 1
Figur 1: Quantum Dot föregångare syntes. (a) cesium oleate föregångare i tre halsad kolvar märkta 1 och OAm-PbBr2 föregångaren i tre halsad kolv märkt 2. (b) att sätta oleylamine och PbBr2 i tre halsad kolv. c blandning och värme OAm-PbBr2 föregångare lösning. (d) OAm-PbBr2 föregångare har helt upplöst, märka den mörk gul färgen ändra. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: föregångare injektion metod. (a) utvinna 1,375 mL cesium oleate för injektion. (b) injicera cesium oleate i OAm-PbBr2 lösning. (c) snabb färgförändring och bildandet av quantum dot lösning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: is bad och centrifugering. (a) syntetiseras quantum dot lösning placerad i is bad (b) två rör med lika mängder lösning placeras i centrifug. (c) quantum dot pulver på botten av provröret med supernatanten på toppen, efter centrifugering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: skärande substrat och bifoga till utskrift mall. (a) skära ut ITO och husdjur som substrat. (b) utskrift mall med bifogade substrat. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: ta bort skrivhuvudet. (a) skrivhuvudet kan tas bort genom att trycka höger något som anges av pilen. (b) efter skrivhuvudet har tagits. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: lastning bläckpatroner med Quantum Dot bläck. (a) injicera bläck i bläckpatroner via en pipett. (b) infoga fylld bläck patron till skrivhuvudet. (c) infoga återstående tomma bläckpatroner till skrivhuvudet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: utskrift och kvalitetskontroll. (a) att sätta in skivfacket i skrivaren. (b) knappen orange blinkande att starta utskrift förfarande. (c) en misslyckad utskrift som ingen film är närvarande under UV-belysning. (d) en framgångsrik utskrift som anges av närvaron av filmen under UV-belysning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: bokför utskrift karakterisering. (a) röntgendiffraktion spektrum för CsPbBr3. (b) optisk absorptionsspektrum (röd kurva) och fotoluminescens spektrum (svarta kurvan). (c) ström-spänning spektrum för CsPbBr3 under belysning (röd kurva) och i mörkret (blå kurva). (d) kapacitans-spänning spektrum för CsPbBr3 under belysning (röd kurva) och i mörkret (blå kurva). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det finns många parametrar involverade i processen inkjet utskrifter som påverkar den slutliga tryckta filmen. Diskussionen om alla dessa parametrar är utanför ramen för detta protokoll, men eftersom detta protokoll fokuserar på en lösning-baserade syntes och nedfall metod, är det lämpligt att ge en kort jämförelse till andra välkända lösningsbaserade nedfall metoder: den Spin-beläggning metod och den läkare-bladet.

Metoden spin-beläggning är mycket snabb, producerar enhetliga filmer och är låg kostnad. Filmtjocklek kan varieras genom att justera viskositet och rotationshastighet på den spin coater. Spin-beläggning är kända för att vara mycket slöseri, eftersom det mesta av materialet matas från ytan efter spinning. Spin-beläggning är också långsam eftersom processen är prov av prov, således spin-beläggning är inte lämplig för storskaliga bearbetning. På andra sidan är den läkare-blade-metoden som också låg kostnad och enkel. Den verkliga fördelen är enhetlig tjocklek av filmerna, men metoden läkare-bladet är mycket långsam och avfall en enorm mängd material. Bläckstråleutskrifter som både spinn-beläggning och läkare-blade metoder är låg kostnad. Möjligheten att skriva ut genom att design är en stor fördel att bläckstråleutskrifter jämfört med läkare-blading och spin-beläggning. Bläckstråleskrivare är också mycket effektiv när det gäller material används jämfört med material till spillo. Bläckstråleskrivare är också väl lämpad för stora områden och prototyper. Dessa funktioner föreslår bläckstråleskrivare har en hög potential för rulle till rulle tillverkning med en extra combinatoric funktion.

Även bläckstråleutskrifter är en lovande nedfall teknik det finns vissa begränsningar: skrivaren huvudet igensättning, begränsat antal utskrivbara lösningsmedel och film homogenitet. Den största begränsningen när det gäller mångsidighet avser de lösningsmedel som används i skrivaren, inte varje lösningsmedel är lämpligt och i vissa fall kan skada utskrift komponenterna. Exempelvis är det förmodligen inte en bra idé att använda aceton som bläck lösningsmedlet, eftersom detta kommer att torka ut eller lösa upp vissa skrivare komponenter. Vissa lösningsmedel orsakar utbyggnaden av gummipackningar på skrivhuvudet och andra områden. Om någon bit verkar har expanderat under tryckprocessen, placera den i varmt vatten i ca 10 min och låt det torka helt, returnera den till normal storlek.

Igensatt skrivare huvuden är ett annat hinder och att hålla dem rena är ett viktigt steg i detta protokoll. Skrivaren komponenterna måste hållas ren inför och efter utskrift. Skrivhuvudet innehåller metalliskt motstånd med gummipackningar som omger dem i varje bläck kassettplatser. Packningar tjänar syftet att hålla en tätning mellan bläckpatronen och skrivhuvudet. Det är viktigt att hålla skrivhuvudet och packningar så rena som möjligt. Dessutom försiktig när du tar bort packningar som de kan skadas vid borttagning.

Förverkligandet av låga kostnader och hög prestanda utskrivbara solcell material är en aveny för att uppnå hög effektivitet, hög stabilitet och låg kostnad energiproduktion i nisch program, som kan fortfarande möjliggör storskalig distribution, men där kisel-baserade material är inte konkurrenskraftiga. Dessutom ger den lätt rulle till rulle kompatibel inkjet tryckmetod en grund för realistiskt skalbar ”utskrivbar” elektronik. Med ett stort antal tillgängliga substrat och bläck tillåter bläckstråleutskrifter åtkomst till tillverkning av lätta, flexibla, lågenergi-elektronisk utrustning för ett brett spektrum av applikationer. Från transistorer till quantum dot skärmar till solceller, bläckstråleutskrifter är ett spännande område av enheten fabrication och visar mycket lovande. Om används tillsammans med en uppsättning design regler bläckstråleutskrifter kan användas som ett verktyg för tekniska tryckbara material med önskade egenskaper för applikationer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inga ekonomiska intressekonflikter och har inte något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöds av National Science Foundation, genom den Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692, och CHE-145533 samt Nebraska centrum för energi 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