Jet d’encre, impression de toutes les encres de Perovskite halogénure inorganique pour Applications photovoltaïques

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

Un protocole pour la synthèse d’hybrides inorganiques-plomb-halogénure perovskite quantum dot encres pour impression jet d’encre et le protocole pour la préparation et impression encres quantum dot dans une imprimante à jet d’encre avec des techniques de caractérisation post sont présentés.

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

Une méthode de synthèse d’encres de perovskite inorganiques photoactifs quantum dot et une méthode de déposition de l’imprimante jet d’encre, en utilisant les encres synthétisées, sont démontrés. La synthèse de l’encre est basée sur une simple réaction chimique humide et le protocole d’impression jet d’encre est une méthode étape par étape facile. Le jet d’encre imprimée minces ont été caractérisés par diffraction des rayons x, spectroscopie d’absorption optique, photoluminescent spectroscopie et mesures de transport électronique. Diffraction des rayons x des films imprimés quantum dot indique une structure en cristal compatible avec une phase orthorhombique de température ambiante avec l’orientation (001). En collaboration avec d’autres méthodes de caractérisation, les mesures de diffraction des rayons x montrent films peuvent être obtenus par le biais de la méthode d’impression à jet d’encre de haute qualité.

Introduction

Dieter Weber synthétisé la première hybrides organiques-inorganiques halogénure pérovskites en 19781,2. Environ 30 ans plus tard en 2009, Akihiro Kojima et collaborateurs fabriqué des dispositifs photovoltaïques à l’aide de la même pérovskites de halogénure hybrides organiques-inorganiques synthétisé par Weber, nommément et CH3NH3IBP3 CH3NH3 PbBr33. Ces expériences ont été le début d’un raz-de-marée subséquent de recherche portant sur les propriétés photovoltaïques de pérovskites halogénure hybrides organiques-inorganiques. Entre 2009 et 2018, le rendement de conversion de puissance dispositif considérablement augmenté de 3,8 %,3 à plus de 23 % le4, hybrides organiques-inorganiques halogénure pérovskites comparable à la base Si des cellules solaires. Comme avec les pérovskites axée sur l’halogénure organique-inorganique, les pérovskites axée sur l’halogénure inorganique a commencé à prendre de traction dans le milieu de la recherche autour de 2012 lorsque le rendement du dispositif photovoltaïque première a été mesuré à 0,9 %5. Depuis 2012 les tous les pérovskites axée sur l’halogénure inorganiques ont parcouru un long chemin avec des efficacités de périphérique mesurées pour être de plus de 13 %, comme dans l’étude de 2017 par Sanehira et al. 6 les deux les pérovskites organiques et inorganiques trouvent des applications liées aux lasers7,8,9,10, lumière électroluminescentes diodes11, 12 , 13, rayonnement de haute énergie détection14, photo détection15,16et applications photovoltaïques bien sûr5,15,17,18 . Près ces dix dernières années, plusieurs techniques de synthèse différentes ont émergé des scientifiques et ingénieurs allant des méthodes de la solution traitée de passer l’aspirateur vapeur dépôts techniques19,20,21. L’halogénure pérovskites synthétisés en utilisant une méthode de solution-traitées sont avantageux car ils peuvent facilement être employés comme les encres pour impression15jet d’encre.

En 1987, le premier rapporté l’utilisation de l’impression jet d’encre des cellules solaires a été présentée. Depuis lors, les scientifiques et les ingénieurs ont cherché des moyens d’imprimer avec succès tous les photopiles inorganiques avec des propriétés de rendement attrayant et faible mise en œuvre coûte22. Il y a beaucoup d’avantages à des cellules solaires impression jet d’encre, par rapport à certains des méthodes courantes de fabrication basé sous vide. Un aspect important de la méthode d’impression à jet d’encre, c’est que les matériaux à base de solution sont utilisés comme encres. Cela ouvre la porte pour les essais des différents matériaux, tels qu’inorganiques perovskite encres, qui peuvent être synthétisés par des méthodes chimiques humides faciles. En d’autres termes, impression jet d’encre des matériaux de la cellule solaire est un itinéraire de faible coût pour le prototypage rapide. Impression jet d’encre a également l’avantage d’être en mesure d’imprimer de grandes surfaces sur des substrats souples et imprimer par design à basse température dans des conditions atmosphériques. En outre, impression jet d’encre est parfaitement adaptée à la production de masse, permettant la mise en œuvre réaliste de faible coût roll-to-roll23,24.

Dans cet article, nous discutons tout d’abord les étapes avec synthèse inorganique perovskite quantum dot encres pour impression jet d’encre. Ensuite, nous décrivons les étapes supplémentaires pour préparer des encres pour l’impression et les modalités effectives de jet d’encre, impression d’un film photoactif à l’aide d’une imprimante jet d’encre disponible dans le commerce. Enfin, nous discutons de la caractérisation des films imprimés qui est nécessaire pour s’assurer que les films sont de bonne chimique et composition de cristaux pour la performance de l’appareil de haute qualité.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Attention : Veuillez consulter fiches signalétiques du laboratoire (FS) avant de procéder. Les produits chimiques utilisés dans ces protocoles de synthèse ont associé des dangers pour la santé. En outre, nanomatériaux ont des risques supplémentaires par rapport à leurs homologues en vrac. Copiez toutes les pratiques de sécurité qui s’imposent lorsque vous effectuez une réaction de nanocristaux semiconducteurs incluant l’utilisation d’une hotte aspirante ou boîte à gants et l’équipement de protection individuelle approprié (lunettes, gants, blouse, pantalon, chaussures fermées, etc.).

1. précurseur synthèse

  1. Synthèse de césium oléate précurseur
    NOTE : Oléate de césium est synthétisé dans un environnement de2 N.
    1. Ajouter carbonatées de 0,203 g du césium (Cs2CO3), 10 mL d’octadecene (ODE), et 1,025 mL d’acide oléique (OA) à trois à col rond bas en agitant le flacon. Le trois à col ballon pour précurseur d’oléate de césium est étiqueté 1 Figure1 a.
    2. Placez un thermomètre ou thermocouple dans un du cou par un bouchon en caoutchouc.
    3. Placez un septum en caoutchouc dans l’un des autres cous et fixez ensuite la troisième et dernière manche à un azote gaz ligne via une ligne de Schlenk. Placer le mélange sous atmosphère d’azote gazeux.
    4. Porter le mélange à 150 ° C sous agitation constante à une vitesse d’agitation du 399 mm/s en utilisant une barre d’agitation magnétique de 2,54 cm jusqu'à ce que le Cs2CO3 entièrement dissout.
    5. Abaisser la température à 100 ° C pour éviter la précipitation et la décomposition de l’oléate de césium et de laisser en remuant à la même vitesse d’agitation comme au point 1.1.4.
  2. Oleylamine-PbBr2 synthèse de précurseurs
    Remarque : Oleylamine-PbBr2 précurseur est synthétisé dans un environnement de2 N.
    1. Ajouter 37,5 mL d’ODE, 7,5 mL d’oleylamine (OAm), 3,75 mL d’OA et 1,35 mmol de PbBr2 dans les trois autres à fond en remuant le ballon rond. Les trois cou vibrant ballon à fond rond pour OAm-PbBr2 est étiqueté 2 Figure1 a. Figure 1 b montre la solution de précurseurs non mélangés.
    2. Placer un thermomètre ou thermocouple dans l’une des cous et une sorte de film polymère autour de thermomètre/thermocouple pour sceller cou, voir la Figure 1.
    3. Placer un bouchon de caoutchouc dans l’un des autres cous et fixez ensuite la troisième et dernière manche à une conduite de gaz azote via une ligne de Schlenk. Placer le mélange sous atmosphère d’azote gazeux.
    4. Porter le mélange à 100 ° C sous agitation constante à une vitesse d’agitation de 599 mm/s en utilisant une barre magnétique remuer jusqu'à ce que le PbBr2 est entièrement dissous. La solution de précurseur en agitant est montrée dans la Figure1C et la solution entièrement dissous précurseur est illustrée à la Figure 1d.
    5. Porter le mélange à 170 ° C sous agitation constante, vous remarquerez que le mélange subit un changement de couleur d’un jaune foncé, une fois arriver à 170 ° C, comme on le voit dans la Figure 1d. laisser en remuant la chaleur de C moins 170 °.

2. CsPbBr3 Quantum Dot synthèse

  1. À l’aide d’une seringue en verre 2 mL, avec une aiguille de calibre 18 long 10 cm, extrait 1,375 mL du précurseur de l’oléate de césium de fiole de trois cols à travers le septum en caoutchouc comme illustré à la Figure 2a.
  2. Injecter rapidement, par l’intermédiaire du septum en caoutchouc, les 1,375 mL du précurseur de l’oléate de césium dans le ballon à trois cols contenant l’OAm-PbBr2 précurseurs, comme le montre la Figure 2b. Il devrait y avoir un changement de couleur observables, un jaune-vert brillant, tel qu’illustré à la Figure2c.
  3. Après avoir injecté le précurseur de l’oléate de césium, patientez 5 s, enlever le ballon de trois cols de la chaleur et y plonger le ballon trois-cou dans un bain d’eau et de glace à 0 ° C, comme illustré à la Figure 3a.
  4. Séparer la solution dans la fiole de trois cols également dans 2 tubes à essai, environ 25 mL par tube à essai.
  5. Ajouter 25mL d’acétone à chaque surnageant des solutions, puis séparez par centrifugation en utilisant les paramètres ci-dessous.
  6. Séparer les boîtes quantiques à l’aide d’une centrifugeuse à 2431.65 x g pendant 5 min à température ambiante, comme illustré à la Figure 3 b.
  7. Séparer les points quantiques surnageant et centrifugé, comme illustré à la Figure 3C, en versant le surnageant dans un tube à essai vide.
  8. Enfin, dissoudre les points quantiques séparés dans 10-25 mL d’hexane ou cyclohexanes. Cette solution peut alors servir une encre dans les cartouches d’imprimantes jet d’encre pour impression minces.
    Remarque : Une imprimante jet d’encre disponible dans le commerce a été utilisée pour imprimer tous les quantum dot minces films des encres perovskite de base halogénure inorganique. Dans des substrats de verre amorphe et oxyde de bidon d’Indium de ce protocole enduit polyéthylène téréphtalate (PET/ITO) ont été utilisés pendant les mesures. Pour s’assurer que la surface du substrat soit propre avant l’impression, les substrats ont été nettoyés à l’aide d’un lavage de l’acétone suivi d’un lavage de méthanol.

3. nettoyage de la tête de l’imprimante

  1. Tout d’abord assurez-vous que l’imprimante est branché et sous tension pour accéder aux cartouches d’encre et tête d’impression.
  2. Retirez les cartouches d’encre de la tête de l’imprimante, ouvrir le dessus de l’imprimante et attendez que les cartouches d’encre revenir à la position centrale et les feux rouges sous les cartouches d’encre à être éclairée et puis retirez toutes les cartouches.
  3. Déplacer la tête d’impression légèrement vers la droite et relever la garde sur le plateau d’encre jusqu'à ce qu’il permet à la barre d’état rester en place, comme illustré à la Figure 4. Atteindre l’arrière du bac d’encre et pincer le séparateur en plastique qui sépare les deux moitiés de la tête d’impression. Tirez doucement et la tête d’impression seront supprimée facilement.
  4. Pour nettoyer la tête d’impression, préparer un plat avec quelques millimètres d’eau tiède. Placez la tête d’impression dans l’eau avec les fentes au bas submergé. Éviter tout contact entre les parties électroniques vertes sur le dos et de l’eau parce qu’il a le potentiel pour endommager à la tête d’impression.
  5. Utiliser une pipette et l’eau chaude à laisser tomber l’eau sur les résistances. Laissez la tête d’impression assis dans l’eau chaude pendant 1-2 h.
  6. Une fois terminée trempant dans l’eau tiède, placez la tête de l’imprimante sur un tissu de lab et laisser pour sécher au moins 20 min. Evitez essuyant le bas de la tête d’impression, car les fibres de la lingette peuvent se coincer dans les fentes où l’encre est transférée.
  7. Ramenez la tête d’impression en position et repoussez la garde dans sa position initiale.

4. impression Perovskite Quantum Dot encres

Remarque : Ce protocole utilise une imprimante jet d’encre qui inclut la possibilité d’imprimer des étiquettes de CD sur CD à l’aide d’un plateau rigide de disque CD. Il est recommandé avant impression pérovskites, que l'on découpe une forme préférée et la taille du substrat et puis imprimer la taille exacte et la forme du substrat désiré sur le disque CD lui-même à l’aide d’une encre noire, comme illustré à la Figure 5.

  1. Dessiner une ligne droite au bord du disque et il continuer sur le plateau du disque CD. De cette façon, le modèle CD carreler vers le haut de la même façon chaque fois et s’assurer que les encres d’impression à l’endroit désiré.
  2. Placez le substrat sur les images de l’encre imprimées sur le disque. Le substrat peut être maintenu en place à l’aide de ruban adhésif double face ou quelque autre adhésif, comme illustré à la Figure 5b.
  3. Avant de remplir les cartouches d’encre, assurer la couverture orange est installée correctement sur le fond de la cartouche d’encre, comme illustré à la Figure 6a. Cela évitera d’encre ne se répande sur le fond de la cartouche.
  4. Une fois que la solution de l’encre est faite, comme à l’étape 2,9, et la couverture est sur la cartouche, utiliser une pipette pour injecter l’encre du point quantique dans la partie supérieure de la cartouche d’encre, comme illustré à la Figure 6a.
    Remarque : L’encre de points quantiques est absorbé par l’éponge jusqu'à ce qu’il devient saturé et l’encre restante sera stocké dans le compartiment à côté de l’éponge. Évitez de trop remplir ce compartiment, parce que l’encre puisse s’échapper par le haut quand il devient presque plein.
  5. Une fois que la cartouche est remplie à la quantité désirée, branchez le haut avec le bouchon en caoutchouc et retirer délicatement le couvercle inférieur orange. Soyez prêt pour un peu d’encre s’échapper par le fond lors de l’exécution de cette action.
  6. Placez la cartouche d’encre dans la tête de l’imprimante et assurez-vous il s’enclenche en place, tel qu’illustré à la Figure 6 b, n’oubliez pas d’insérer les cartouches restantes, soit vides ou plein avant de poursuivre à l’étape suivante, comme le montre La Figure6c.
  7. Bouchent l’imprimante et attendez que la tête d’impression revenir à l’extrémité droite de l’imprimante.
  8. Assurez-vous que la couleur des images en cours d’impression correspond à la couleur de cartouche d’encre contenant les boîtes quantiques. Une image solide de cyan, magenta ou jaune ont été trouvés pour fonctionner au mieux (noir est délicat car il y a deux cartouches de noirs).
  9. Cliquez sur imprimer dans le coin en bas à droite et suivez l’à l’écran instructions.
  10. Alors que l’imprimante se réchauffe, vérifiez que le disque est correctement aligné sur le plateau de disque, tel que l’image sur l’écran affichera exactement où.
  11. Une instruction apparaîtra sur l’écran qui redirige l’utilisateur d’ouvrir le couvercle du disque sur l’imprimante et insérez le plateau de disque contenant le disque dans la machine. Pour exécuter cette opération puis appuyer sur le bouton (clignotant orange) sur l’imprimante ou cliquez sur le bouton « OK » sur l’écran, comme illustré à la Figure 7 a et 7 b.
  12. À ce stade, l’imprimante acceptera le plateau de disque et impression pérovskites sur le substrat, une fois l’impression terminée ; Vérifiez que les encres en fait imprimés sur le substrat comme le colmatage sont un problème commun.
    1. Placez une lampe ultra (UV) sur le substrat, si l’impression ne fonctionne pas il y aura quelque chose de semblable à la Figure 7c ; dans le cas contraire il sera être luminescentes film comme dans la Figure 7d si le protocole ci-dessus a fonctionné correctement.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Caractérisation de la Structure cristalline

Caractériser la structure cristalline est vital au sujet de la synthèse de la pérovskites inorganiques. Diffraction des rayons x (DRX) s’est déroulée dans l’air à température ambiante sur un diffractomètre utilisant un 1,54 Å la longueur d’onde Cu-Kα source lumineuse. En utilisant les protocoles ci-dessus devrait conduire à une structure cristalline orthorhombique de température ambiante pour les encres CsPbBr3 quantum dot tel qu’illustré à la Figure 8a.

Le DRX résulte, comme illustré à la Figure 8a, indiquent que les encres QD cristallins CsPbBr3 maintiennent une structure de perovskite d’orthorhombique température de la pièce après le processus d’impression jet d’encre, en bon accord avec les rapports dans la littérature8 , 15 , 25 , 26. Scherrer l’équation27 peut être utilisé en conjonction avec une distribution standard Lorentzienne, fonction du pic de Bragg (220), pour déterminer la taille de point quantique, qui dans ce cas est d’environ 5,5 nm de diamètre. L’équation de Scherrer est indiquée ci-dessous,
Equation
où D est le diamètre du point quantique, k est un coefficient sans dimension, λ est la longueur d’onde des rayons x, β est la pleine largeur à moitié-maximum du pic en radians, et θ est l’angle de diffraction de Bragg. Un facteur de forme, k = 0,89 qui est utilisée pour le cube comme les nanoparticules, a été utilisé dans les calculs de28.

Absorption optique et spectroscopie de Photoluminescence caractérisation

Il est bien connu que les propriétés optiques de ces boîtes quantiques de perovskite inorganiques sont sensibles à la taille de point quantique et stoechiométrie de l’inorganique (cation) et les atomes d’halogène (anion). Petits changements dans la taille ou la stoechiométrie des points quantiques conduira à absorption différente et des profils de luminescence. Photoluminescence et l’absorption optique ont été réalisées avec une source de lumière halogène et deutérium équipée d’un spectromètre à haute résolution UV-Near infrarouges (UV-NIR), où la gamme de longueur d’onde de lampe deutérium est 210-400 nm et la longueur d’onde de la lampe halogène se situe entre 360-1500 nm. Figure 8b, le profil de photoluminescence (courbe noire) pour CsPbBr3 et la position de pointe est alors ≈ 520 nm. De même, dans la Figure 8b, le profil d’absorption optique (courbe rouge) pour CsPbBr3 est illustré avec un pic excitonique a observé environ 440 nm. Le protocole ci-dessus si exécuté avec succès devrait se traduire par un profil de photoluminescence et d’absorption tel qu’illustré en Figure 8b.

Caractérisation du Transport électronique

Un sourcemeter, un picoammeter et un multimètre ont servi à mesurer les courbes de courant-tension (I-V). Un analyseur d’impédance a été utilisé pour mesurer les courbes de capacité-voltage (C-V). I-V et mesures C-V ont été prises pour des films imprimés dans des conditions claires et foncées, comme illustré dans les Figures 8c et 8D. Sans éclairage, un courant d’obscurité de pA 1,3 à 1,0 tension V appliquée a été mesuré. Sous un éclairage, avec des fluences de source lumineuse de 14,1 mW/cm2, le courant mesuré augmente de façon linéaire à 2,64 mA à 1,0 V tension appliquée. L’apparition d’un courant non nul significative, sous un éclairement lumineux, indique que le film est photoactif. Les films peuvent présenter très haute marche/arrêt ratios, aussi hautes que 109, qui suggère les bonnes applications potentielles liées à la photodétection.

Les films présentent très faible capacité d’entrée dans la pénombre quand aucun éclairage n’est présent, comme peut être vu dans la Figure 8d. Sous un éclairement lumineux le zéro-bias mesurée des augmentations de capacité à 14.45 nF. Quand sous un éclairement lumineux une capacitance non-nulle mesurée à zéro-bias est une autre indication que les films sont photoactifs.

Figure 1
Figure 1 : Quantum Dot précurseur synthèse. (a) le précurseur d’oléate de césium en trois flacons à col étiquetés 1 et le précurseur de2 OAm-PbBr dans ballon à col trois étiqueté 2. (b) mettre oleylamine et PbBr2 dans trois ballon à col. (c) mélange et solution de précurseur de chauffage OAm-PbBr2 . d OAm-PbBr2 précurseur est entièrement dissous, vous remarquerez la couleur jaune foncé à changer. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : méthode d’Injection précurseur. b extraction 1,375 mL d’oléate de césium pour injection. (b) injection d’oléate de césium dans l’OAm-PbBr2 solution. (c) changement de couleur rapide et formation de quantum dot solution. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : glace bain et centrifugation. (a) la solution de point quantique synthétisées placés dans des tubes de glace bain (b) deux avec une quantité égale de solution placée dans la centrifugeuse. (c) la poudre de point quantique au fond du tube à essai avec la solution surnageante sur le haut de la page, après centrifugation. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : coupe substrat et attachant à impression modèle. b couper la substrat ITO/PET. (b) le modèle d’impression avec substrat ci-joint. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : enlever la tête d’impression. a la tête d’impression peut être enlevée en poussant à droite un peu comme il est indiqué par la flèche. (b) après la tête d’impression a été supprimée. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : chargement des cartouches d’encre avec encres de Quantum Dot. b injection d’encres dans d’encre cartouches via une pipette. cartouche (b) insertion remplie d’encre dans la tête d’impression. (c) insertion restant des cartouches d’encre vides en tête d’impression. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : impression et contrôle qualité. (a) installer le bac à disque dans l’imprimante. (b) en appuyant sur la touche clignotante orange pour lancer la procédure d’impression. (c) une impression échec tant qu’aucun film ne figure pas sous illumination UV. impression (d) un succès tel qu’indiqué par la présence du film sous illumination UV. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 : Post impression caractérisation. (a) spectre de diffraction des rayons x pour CsPbBr3. (b) spectre d’absorption optique (courbe rouge) et le spectre de photoluminescence (courbe noire). (c) spectre courant-tension pour CsPbBr3 sous illumination (courbe rouge) et dans l’obscurité (courbe bleue). (d) spectre capacité-voltage pour CsPbBr3 sous illumination (courbe rouge) et dans l’obscurité (courbe bleue). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Il y a de nombreux paramètres impliqués dans le processus d’impression jet d’encre qui affectent le film imprimé final. La discussion de tous ces paramètres déborde le cadre du présent protocole, mais ce protocole met l’accent sur une synthèse axée sur la solution et le procédé de dépôt, il convient de donner une brève comparaison à d’autres méthodes de dépôts d’axée sur la solution bien connue : la enduction centrifuge méthode et la méthode de racle.

La méthode de l’enduction centrifuge est très rapide et produit des films uniformes est à faible coût. L’épaisseur du film peut être réglée en ajustant la viscosité et la vitesse de rotation de la coucheuse spin. Enduction centrifuge est connu pour être très inutile, parce que la plupart des matériaux est éjecté hors de la surface après l’essorage. Enduction centrifuge est aussi lent parce que le processus par un échantillon, enduction centrifuge n’est donc pas adaptée pour le traitement à grande échelle. De l’autre côté est la méthode de racle qui est aussi bon marché et simple. L’avantage réel est l’épaisseur uniforme des films, mais la méthode de racle est très lente et gaspille une énorme quantité de matériaux. Impression jet d’encre comme l’enduction centrifuge et le racle méthodes est à faible coût. La possibilité d’imprimer par design est un atout majeur pour impression jet d’encre par rapport au médecin à roues alignées et enduction centrifuge. Impression jet d’encre est également très efficace en termes de matériaux utilisés par rapport aux matériaux gaspillés. Impression jet d’encre est aussi bien adaptée pour les grands espaces et de prototypage rapide. Ces caractéristiques suggèrent que l’impression jet d’encre a un potentiel élevé pour la fabrication de rouleau à rouleau avec une fonction supplémentaire de combinatoire.

Bien que l’impression jet d’encre est un prometteur technique de dépôt il y a quelques limitations : imprimante tête colmatage, nombre limité de solvants imprimables et d’homogénéité de film. La plus grande limitation en termes de polyvalence concerne les solvants utilisés dans l’imprimante, pas chaque solvant approprié et dans certains cas peut endommager les composants d’impression. Par exemple, il n’est probablement pas une bonne idée d’utiliser l’acétone comme le dissolvant d’encre, car cela va sécher ou dissoudre certains des composants de l’imprimante. Certains solvants provoque l’expansion des joints en caoutchouc dans la tête d’impression et d’autres régions. Si n’importe quel morceau semble avoir élargi au cours du processus d’impression, placez-le dans l’eau tiède pendant 10 min et laisser sécher complètement, retournant à la taille normale.

Têtes d’imprimante bouchés sont un autre obstacle et garder leur propre est une étape cruciale dans le présent protocole. Les composants de l’imprimante doivent être nettoyée avant pour et après impression. La tête d’impression contient des résistances métalliques avec joints en caoutchouc qui les entourent dans chacune des fentes de cartouche d’encre. Les joints servent le but de maintenir une étanchéité entre la cartouche d’encre et la tête d’impression. Il est important de garder la tête d’impression et les joints aussi propre que possible. En outre, être doux pour enlever les joints car ils peuvent être endommagés lors du retrait.

La réalisation de matériaux de faible coût et haute performance imprimable cellule solaire est un moyen pour atteindre une grande efficacité, stabilité élevée et génération d’énergie à faible coût dans des applications de niche, qui pourrait encore permettre pour un déploiement à grande échelle, mais où matériaux à base de silicone ne sont pas compétitifs. Par ailleurs, le jet d’encre compatible facilement roll-to-roll, procédé d’impression fournit une base pour réellement scalable electronics « imprimable ». Un grand nombre de substrats disponibles et d’encres, impression jet d’encre permet d’accéder à la fabrication de dispositifs électroniques légers, flexibles, de faible puissance pour une large gamme d’applications. De transistors à quantum dot affiche au photovoltaïque, impression jet d’encre est un domaine passionnant de la fabrication de dispositifs et est très prometteur. Si utilisé conjointement avec un ensemble d’impression jet d’encre de conception règles peut servir comme un outil pour les matériaux imprimables avec les propriétés souhaitées pour les applications d’ingénierie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts financiers et n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation, par le biais de la Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692 et CHE-145533 ainsi que le centre du Nebraska pour Energy Science Research.

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