Jato de tinta de impressão de todas as tintas de perovskita iodetos inorgânicos para aplicações fotovoltaicas

Summary

Um protocolo para a síntese de híbridos inorgânico-chumbo-haleto de perovskita quântica ponto as tintas para impressão jato de tinta e o protocolo para a preparação e as tintas de ponto quântico em uma impressora jato de tinta com técnicas de caracterização de pós de impressão são apresentados.

Abstract

Um método para a síntese de tintas de ponto quântico fotoativa perovskita inorgânicos e um método de deposição de impressora jato de tinta, usando as tintas sintetizadas, são demonstrados. A síntese de tinta é baseada em uma simples reação química molhada e o protocolo de impressão jato de tinta é um método passo a passo fácil. O jato de tinta impressa filmes finos foram caracterizados por difração de raios x, espectroscopia de absorção óptica, espectroscopia fotoluminescente e medições de transporte electrónico. Difração de raios x dos filmes ponto quântico impresso indica uma estrutura de cristal consistente com uma fase de temperatura ortorrômbico com orientação (001). Em conjunto com outros métodos de caracterização, as medições de difração de raios-x mostram alta qualidade filmes podem ser obtidos através do método de impressão a jato de tinta.

Introduction

Dieter Weber sintetizou o primeiro híbrido orgânico-inorgânicos haleto perovskites em 1978^1,2. Aproximadamente 30 anos depois, em 2009, Akihiro Kojima e colaboradores fabricaram dispositivos fotovoltaicos usando o mesmo híbridos orgânico-inorgânicos haleto perovskites sintetizado por Weber, ou seja, CH₃NH₃PbI₃ e CH₃NH₃ PbBr₃³. Estas experiências foram o início de uma onda subsequente de investigação incidindo sobre as propriedades fotovoltaicas de híbridos orgânico-inorgânicos haleto perovskites. De 2009 a 2018, a eficiência de conversão de energia dispositivo aumentou dramaticamente de 3,8%³ a mais de 23%⁴, tornando híbridos orgânico-inorgânicos haleto perovskites comparáveis para Si com base em células solares. Como com o perovskites de baseada em haleto orgânico-inorgânicos, as perovskites inorgânicos baseados em haleto começou a ganhar tração na Comunidade de pesquisa por volta de 2012 quando a eficiência de dispositivo fotovoltaico primeira foi medida para ser 0,9%⁵. Desde 2012 as todos inorgânicos baseados em haleto perovskites têm percorreu um longo caminho com algum dispositivo eficiências medidas para ser mais 13% como no estudo de 2017, por Sanehira et al . ⁶ os perovskites ambos orgânicos-inorgânicos baseados e encontrar aplicativos relacionados a laser^7,8,9,10, emitindo luz diodos^{11, 12 , 13}, de deteção de radiação de alta energia¹⁴, foto deteção^15,16e aplicações fotovoltaicas claro^5,15,17,18 . Quase na última década, muitas técnicas de síntese diferentes surgiram de cientistas e engenheiros que variam de métodos de solução processada a vácuo vapor deposição técnicas^19,20,21. Os haleto perovskites sintetizados usando um método de solução-processados são vantajosos, como eles podem ser facilmente empregados como tintas para inkjet, impressão¹⁵.

Em 1987, o primeiro relatou a utilização de impressão de jato de tinta das células solares foi apresentada. Desde então, engenheiros e cientistas têm procurado maneiras de imprimir com êxito todas as células solares inorgânicas com propriedades de desempenho atraente e baixa implementação custa²². Há muitas vantagens para jato de tinta da impressão células solares, em comparação com alguns dos métodos de fabricação com base vácuo comum. Um aspecto importante do método de impressão a jato de tinta é que materiais baseados em solução são usados como tintas. Isso abre a porta para ensaios de diversos materiais, tais como tintas à base de perovskita inorgânicos, que podem ser sintetizados por métodos químicos molhados facile. Em outras palavras, a impressão do inkjet de materiais da célula solar é uma rota de baixo custo para prototipagem rápida. Impressão jato de tinta também tem as vantagens de ser capaz de imprimir grandes áreas em substratos flexíveis e imprimir por design a baixas temperaturas em condições atmosféricas. Além disso, impressão jato de tinta é altamente adequado para produção em massa, permitindo a implementação de rolo de baixo custo realista^23,24.

Neste artigo, vamos discutir primeiro as etapas envolvidas com sintetizando perovskita inorgânicos tintas de ponto quântico para impressão jato de tinta. Em seguida, descreveremos as etapas adicionais para preparação de tintas para impressão e os procedimentos reais para jato de tinta, impressão de um filme fotoativa usando uma impressora a jato de tinta disponíveis comercialmente. Finalmente, discutiremos a caracterização dos filmes impressos que é necessária para garantir que os filmes são de química adequada e a composição de cristal para o desempenho do dispositivo de alta qualidade.

Protocol

Atenção: Por favor consulte fichas de dados de segurança do laboratório (MSDS) antes de prosseguir. Os produtos químicos utilizados nestes protocolos de síntese associados aos perigos para a saúde. Além disso, nanomateriais têm riscos adicionais em relação à sua contraparte em massa. Por favor, use todas as práticas de segurança adequadas ao realizar uma reação de nanocrystal, incluindo o uso de uma coifa ou porta-luvas e o equipamento protetor pessoal apropriado (óculos de segurança, luvas, jaleco, cal…

Representative Results

Caracterização da estrutura cristalina Caracterizar a estrutura cristalina é vital sobre a síntese das perovskites inorgânicos. Difração de raios x (XRD) realizou-se no ar à temperatura ambiente em um difratômetro usando um 1,54 Å de comprimento de onda Cu-Kα fonte de luz. Usando os protocolos acima deve conduzir a uma estrutura de cristal ortorrômbico de temperatura para as tintas de ponto CsPbBr3…

Discussion

Há muitos parâmetros envolvidos no processo de impressão a jato de tinta que afetam a película impressa final. A discussão de todos esses parâmetros está além do escopo do presente protocolo, mas como este protocolo centra-se em uma síntese baseada em solução e o método de deposição, convém dar uma breve comparação com outros métodos de deposição conhecidos baseados em solução: o método de rotação-revestimento e o método de médico-lâmina.

O método de revestimento d…

Materials

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