Inkjet-drucken alle anorganischen Halogenid-Perowskit-Tinten für photovoltaische Anwendungen
Summary
Ein Protokoll für die Synthese von anorganischen-Blei-Halogenid Hybrid Perowskit Quantum Dot Druckfarben für den Inkjet-Druck und das Protokoll für die Vorbereitung und drucken die Quantum Dot Tinten in einem Tintenstrahldrucker mit Post Charakterisierung Techniken werden vorgestellt.
Abstract
Eine Methode zur Synthese von photoaktiven anorganische Perowskit Quantum Dot Tinten und ein Inkjet-Drucker Ablagerung Methode, bei der die synthetisierten Tinten werden demonstriert. Die Tinte Synthese basiert auf einer einfachen nassen chemischen Reaktion und der Inkjet-Druck-Protokoll ist eine einfache Schritt-für-Schritt-Methode. Die Inkjet bedruckt Dünnfilme wurden von x-ray Diffraction, optische Absorption Spektroskopie, Photoluminescent Spektroskopie und elektronischen Transport Messungen geprägt. X-ray Diffraction der gedruckten Quantum Dot Filme zeigt eine Kristallstruktur eine orthorhombic Raumtemperatur Phase mit (001) Orientierung entsprechen. Die x-ray Diffraction Messungen zeigen in Verbindung mit anderen Charakterisierungsmethoden hohe Qualität, die Filme durch die Inkjet-Druckverfahren gewonnen werden können.
Introduction
Dieter Weber synthetisiert die erste Bio-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites in 19781,2. Rund fabriziert 30 Jahre später im Jahr 2009, Akihiro Kojima und Kollaborateure Photovoltaik-Geräte mit der gleichen organisch-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites synthetisiert von Weber, nämlich, CH3NH3PbI3 und CH3NH3 PbBr33. Diese Experimente wurden zum Jahresbeginn eine anschließende Flutwelle der Forschung konzentriert sich auf die Photovoltaik Eigenschaften des Bio-anorganische Hybrid Halogenid Perovskites. Von 2009 bis 2018, der Gerät Wirkungsgrad dramatisch zugenommen von 3,8 %3 auf über 23 %4, so dass organische anorganische Hybrid Halogenid Perovskites vergleichbar mit Si-basierte Solarzellen. Als wurde mit der organisch-anorganische Halogenid-basierte Perovskites der anorganischen Halogenid-basierte Perovskites Traktion in der Forschungsgemeinschaft etwa 2012 wenn die ersten Photovoltaik-Gerät-Effizienz gemessen wurde, 0,9 %5. Seit 2012 haben die alle anorganischen Halogenid-basierte Perovskites einen langen Weg zurückgelegt, mit einigen Gerät Effizienz gemessen, um über 13 % wie in der Studie von 2017 werden von Sanehira Et al. 6 der organischen und anorganischen-basierten Perovskites finden Anwendungen im Zusammenhang mit Laser7,8,9,10, Licht emittierende Dioden11, 12 , 13, hochenergetische Strahlung Erkennung14, Foto-Erkennung15,16und natürlich Photovoltaikanwendungen5,15,17,18 . Fast im letzten Jahrzehnt viele verschiedenen Synthesetechniken entstanden aus Wissenschaftler und Ingenieure von Lösungsverfahren verarbeitet, Vakuum vapor Deposition Techniken19,20,21. Das Halogenid-Perovskites synthetisiert, mit einer Lösung verarbeitet Methode sind vorteilhaft, da sie leicht als Tinten für Tintenstrahldrucker drucken15eingesetzt werden können.
Im Jahr 1987 gemeldete die erste Verwendung von Inkjet-Druck von Solarzellen vorgestellt wurde. Seitdem Wissenschaftler und Ingenieure haben Möglichkeiten, um erfolgreich alle anorganischen Solarzellen mit attraktiven Leistungseigenschaften drucken gesucht und geringe Inanspruchnahme kostet22. Es gibt viele Vorteile für den Inkjet-Druck Solarzellen im Vergleich zu einigen gemeinsamen Vakuum basiert Herstellungsmethoden. Ein wichtiger Aspekt der Inkjet-Druckverfahren ist, dass die Lösung basierende Materialien wie Tinten verwendet werden. Dies öffnet die Tür für Studien aus vielen verschiedenen Materialien, wie z. B. anorganische Perowskit-Tinten, die durch leichtfertige nassen chemische Methoden synthetisiert werden können. In anderen Worten, ist Inkjet-Druck der Solarzelle Materialien eine kostengünstige Route zum rapid Prototyping. Inkjet-Druck hat auch die Vorteile des Seins in der Lage, große Flächen auf flexiblen Substraten und Drucken von Design bei niedrigen Temperaturen unter atmosphärischen Bedingungen. Inkjet-Druck eignet sich darüber hinaus für die Massenproduktion ermöglicht realistische low-cost-Rolle-zu-Rolle-Implementierung23,24.
In diesem Artikel besprechen wir zuerst die Schritte mit Synthese von anorganischen Perowskit Quantum Dot Druckfarben für den Inkjet-Druck. Dann beschreiben wir die zusätzlichen Schritte für die Zubereitung von Tinten für den Druck und die eigentlichen Verfahren für Inkjet Drucken eines photoaktiven Films mit einem handelsüblichen Inkjet-Drucker. Schließlich diskutieren wir die Charakterisierung von bedruckten Folien ist notwendig um sicherzustellen, dass die Filme von richtigen chemischen und Kristall Komposition für hochwertige Geräteleistung.
Protocol
Representative Results
Discussion
Im Inkjet-Druckverfahren, die Einfluss auf die endgültige bedruckter Folie gibt es viele Parameter. Die Diskussion dieser Parameter sprengt den Rahmen dieses Protokolls, aber da dieses Protokoll auf eine Lösung-basierte Synthese und Abscheidungsverfahren konzentriert, es empfiehlt sich, einen kurzen Vergleich zu anderen bekannten lösungsorientierter Ablagerung Methoden geben: die Spin-Coating-Verfahren und die Rakel Methode.
Das Spin-Coating-Verfahren ist sehr schnell, einheitliche Filme pr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation, durch das Nebraska-MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692 und CHE-145533 sowie der Nebraska-Center for Energy Science Research unterstützt.
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
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