Blekkskrivere skriver ut alle uorganiske metallhalid Perovskite blekkfarger for Photovoltaic programmer
Summary
En protokoll for å syntetisere uorganiske-bly-metallhalid hybrid perovskite quantum dot blekk for inkjet utskrift og protokollen for presentasjoner quantum dot blekkfarger i en blekkskriver med innlegget karakterisering teknikker presenteres.
Abstract
En metode for å syntetisere fotoaktive uorganiske perovskite quantum dot blekk og en inkjet-skriver deponering metode, bruke syntetisert blekk, er vist. Blekk syntese er basert på en enkelt våt kjemisk reaksjon og inkjet-utskriftsprotokollen er en lettvint metode for trinnvis. Blekk trykt tynne filmer har vært preget av X-ray Diffraksjon, optisk absorpsjon spektroskopi, photoluminescent spektroskopi og elektronisk transport målinger. X-ray Diffraksjon trykte quantum dot filmer angir en krystallstruktur samsvar med en orthorhombic romtemperatur fase med (001) retning. Sammen med andre metoder for karakterisering viser X-ray Diffraksjon målingene høy kvalitet filmer kan oppnås gjennom metoden for inkjet-utskrift.
Introduction
Dieter Weber syntetisert den første organisk-uorganiske hybrid metallhalid perovskites i 19781,2. Omtrent fabrikkert 30 år senere i 2009, Akihiro Kojima og samarbeidspartnere photovoltaic enheter som bruker den samme organisk-uorganiske hybrid metallhalid perovskites syntetisert av Weber, nemlig, CH3NH3PbI3 og CH3NH3 PbBr33. Disse eksperimentene var begynnelsen på en påfølgende flodbølge av forskningen fokuserer på egenskapene photovoltaic organisk-uorganiske hybrid metallhalid perovskites. 2009-2018, apparat makt konvertering effektivitet dramatisk økt fra 3.8%3 over 23%4, gjør organisk-uorganiske hybrid metallhalid perovskites sammenlignes Si-baserte solceller. Som med den organisk-uorganiske metallhalid-baserte perovskites startet uorganisk metallhalid-baserte perovskites få trekkraft i forskningen fellesskapet rundt 2012 når den første effektiviteten for photovoltaic enheten ble målt skal 0,9%5. Siden 2012 har alle uorganiske metallhalid-baserte perovskites kommet langt med noen enhet effektivitet målt til å være over 13% i 2017 studiet av Sanehira et al. 6 både organisk baserte og uorganisk-baserte perovskites finne programmer knyttet til lasere7,8,9,10, lys utslipp dioder11, 12 , 13, høy energi stråling oppdagelsen14, foto oppdagelsen15,16, og selvfølgelig photovoltaic programmer5,15,17,18 . Nesten det siste tiåret, mange forskjellige syntese teknikker har kommet fra forskere og ingeniører fra behandlet løsningsmetoder støvtørking damp deponering teknikker19,20,21. Metallhalid perovskites syntetisert bruker en løsning-bearbeidet metoden er fordelaktig som de kan enkelt brukes som blekkfarger for inkjet utskrift15.
I 1987 rapporterte først bruk av inkjet utskrift av solceller ble presentert. Siden da forskere og ingeniører har søkt måter å skrive ut alle uorganiske solceller med attraktive ytelsesegenskaper og lav implementeringen koster22. Det er mange fordeler å inkjet utskrift solceller, sammenlignet med noen av de vanlige metodene som vakuum basert fabrikasjon. Et viktig aspekt av metoden for inkjet-utskrift er at løsningen-basert materiale brukes som blekkfarger. Dette åpner døren for studier av mange forskjellige materialer, for eksempel uorganisk perovskite blekk, som kan syntetiseres av lettvinte våt kjemiske metoder. Med andre ord, er inkjet utskrift av solcelle materialer en rimelig rute rapid prototyping. Inkjet utskrift har også fordelene av å kunne skrive ut store områder på fleksible underlag og av design ved lave temperaturer i atmosfæriske forhold. Videre er inkjet utskrift svært egnet for masseproduksjon tillater realistisk lavpris roll-til-Rull implementering23,24.
I denne artikkelen diskutere vi først trinnene involvert med syntetisere uorganiske perovskite quantum dot blekkfarger for inkjet utskrift. Deretter beskriver vi de andre trinnene for å forberede blekk for utskrift og faktiske prosedyrer for blekkskrivere skriver ut en fotoaktive film bruker en vanlig blekkskriver. Til slutt, vi diskutere karakterisering av de trykkede filmene som er nødvendig for å sikre filmene er riktig kjemiske og krystall komposisjon for høy kvalitet enhet ytelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det er mange parametere involvert i inkjet utskriftsprosessen som påvirker den endelige trykte filmen. Diskusjon av alle disse parametrene er utenfor omfanget av denne protokollen, men som denne protokollen fokuserer på en løsning-basert syntese og deponering metoden, er det hensiktsmessig å gi en kort sammenligning med andre kjente solution-baserte deponering måter: den spin belegg og legen blad-metoden.
Metoden spinn belegg er veldig rask, produserer uniform filmer og lav kostnad. Filme…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Science Foundation, gjennom Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692, og CHE-145533 samt Nebraska sentrum for Energy Science Research.
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 |
References
- 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).
- Weber, D. ( x = 0-3 ), ein Sn ( II ) -System mit kubischer Perowskitstruktur. Zeitschrift für Naturforschung B. 33, 862-865 (1978).
- 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).
- . National Renewable Energy Laboratory NREL Best Research-Cell Efficiencies Available from: https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png (2018)
- 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).
- 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).
- 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).
- Eaton, S. W., et al. Lasing in robust cesium lead halide perovskite nanowires. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (8), 1993 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Xiao, Z., et al. Efficient perovskite light-emitting diodes featuring nanometre-sized crystallites. Nature Photonics. 11 (2), 108-115 (2017).
- 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).
- Ilie, C. C., et al. Inkjet printable-photoactive all inorganic perovskite films with long effective photocarrier lifetimes. Journal of Physics Condensed Matter. 30 (18), (2018).
- 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).
- Swarnkar, A., et al. Quantum dot-induced phase stabilization of a-CsPbI3 perovskite for high-efficiency photovoltaics. Science. 354 (6308), 92-96 (2016).
- 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).
- Burschka, J., et al. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).
- 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).
- 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).
- Teng, K. F., Vest, R. W. Application of Ink Jet Technology on Photovoltaic Metallization. IEEE Electron Device Letters. 9 (11), 591-593 (1988).
- Habas, S. E., Platt, H. a. S., 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
