Inkjet मुद्रण सभी अकार्बनिक Halide Perovskite स्याही फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए
Summary
synthesizing अकार्बनिक के लिए एक प्रोटोकॉल-सीसा-halide संकर perovskite क्वांटम डॉट स्याही inkjet मुद्रण के लिए और तैयारी और मुद्रण के लिए एक inkjet प्रिंटर में क्वांटम डॉट स्याही पोस्ट लक्षण तकनीक के साथ प्रस्तुत कर रहे है के लिए प्रोटोकॉल ।
Abstract
synthesizing photoactive अकार्बनिक perovskite क्वांटम डॉट स्याही और एक inkjet प्रिंटर जमाव विधि के लिए एक विधि, संश्लेषित स्याही का उपयोग कर, प्रदर्शन कर रहे हैं । स्याही संश्लेषण एक सरल गीला रासायनिक प्रतिक्रिया पर आधारित है और inkjet मुद्रण प्रोटोकॉल कदम विधि द्वारा एक सतही कदम है । inkjet मुद्रित पतली फिल्मों एक्स-रे विवर्तन, ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी, photoluminescent स्पेक्ट्रोस्कोपी, और इलेक्ट्रॉनिक परिवहन माप की विशेषता है । मुद्रित क्वांटम डॉट फिल्मों के एक्स-रे विवर्तन एक orthorhombic कमरे के तापमान चरण के साथ संगत क्रिस्टल संरचना इंगित करता है (001) उंमुखीकरण के साथ । अंय लक्षण वर्णन विधियों के साथ संयोजन के रूप में, एक्स-रे विवर्तन माप उच्च गुणवत्ता फिल्मों शो inkjet मुद्रण पद्धति के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है ।
Introduction
डाइटर वेबर १९७८1,2में पहले कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide perovskites संश्लेषित । लगभग 30 साल २००९ में बाद में, Akihiro Kojima और सहयोगियों ने एक ही कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide वेबर, अर्थात्, ch3एनएच3PbI3 और ch3एनएच 3 द्वारा संश्लेषित का उपयोग कर फोटोवोल्टिक उपकरणों गढ़े PbBr33. इन प्रयोगों के अनुसंधान के बाद ज्वार की लहर कार्बनिक-अकार्बनिक संकर halide perovskites के फोटोवोल्टिक गुणों पर ध्यान केंद्रित की शुरुआत कर रहे थे । २००९ से २०१८, डिवाइस शक्ति रूपांतरण दक्षता नाटकीय रूप से ३.८%3 से 23%4से अधिक वृद्धि हुई, कार्बनिक अकार्बनिक संकर halide perovskites-आधारित सौर कोशिकाओं के तुलनीय बना । कार्बनिक अकार्बनिक halide आधारित perovskites, अकार्बनिक halide आधारित perovskites के साथ के रूप में २०१२ के आसपास अनुसंधान समुदाय में कर्षण प्राप्त करना शुरू कर दिया जब पहली बार फोटोवोल्टिक डिवाइस क्षमता ०.९%5हो मापा गया था । २०१२ के बाद से सभी अकार्बनिक halide आधारित perovskites कुछ उपकरण क्षमता के साथ एक लंबा रास्ता आ गए है के लिए 13% से अधिक Sanehira एट अल द्वारा २०१७ के अध्ययन में के रूप में मापा । 6 दोनों कार्बनिक आधारित और अकार्बनिक आधारित perovskites पराबैंगनीकिरण7,8,9,10, प्रकाश उत्सर्जक डायोड 11 से संबंधित अनुप्रयोगों को खोजने के लिए, 12 , 13, उच्च ऊर्जा विकिरण का पता लगाने14, फोटो पहचान15,16, और पाठ्यक्रम के फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों5,15,17,18 . लगभग पिछले एक दशक से अधिक, कई अलग संश्लेषण तकनीक वैज्ञानिकों और समाधान संसाधित तरीकों से निर्वात वाष्प जमाव तकनीक को लेकर इंजीनियरों से उभरा है19,20,21. halide perovskites एक समाधान प्रसंस्कृत विधि का उपयोग कर संश्लेषित कर रहे है लाभप्रद के रूप में वे आसानी से inkjet मुद्रण15के लिए स्याही के रूप में नियोजित किया जा सकता है ।
१९८७ में, सौर कोशिकाओं के inkjet मुद्रण के पहले सूचना का उपयोग प्रस्तुत किया गया । तब से, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के तरीके को सफलतापूर्वक आकर्षक प्रदर्शन गुण और कम कार्यांवयन22लागत के साथ सभी अकार्बनिक सौर कोशिकाओं को मुद्रित करने की मांग की है । वहां inkjet मुद्रण सौर कोशिकाओं के लिए कई फायदे हैं, के रूप में आम निर्वात आधारित निर्माण विधियों में से कुछ की तुलना में । inkjet मुद्रण पद्धति का एक महत्वपूर्ण पहलू यह है कि समाधान आधारित सामग्रियों का उपयोग स्याही के रूप में किया जाता है । इस तरह के अकार्बनिक perovskite आधारित स्याही, जो सतही गीला रासायनिक तरीकों से संश्लेषित किया जा सकता है के रूप में कई विभिंन सामग्रियों, के परीक्षणों के लिए दरवाजे खोलता है । दूसरे शब्दों में, सौर सेल सामग्री के inkjet मुद्रण रैपिड प्रोटोटाइप के लिए एक कम लागत मार्ग है । Inkjet मुद्रण भी करने के लिए लचीला सब्सट्रेट और वायुमंडलीय स्थितियों में कम तापमान पर डिजाइन द्वारा प्रिंट पर बड़े क्षेत्रों को मुद्रित करने में सक्षम होने का लाभ है । इसके अलावा, inkjet मुद्रण बहुत बड़े पैमाने पर यथार्थवादी कम लागत रोल करने वाली रोल कार्यांवयन23,24के लिए अनुमति उत्पादन के लिए उपयुक्त है ।
इस आलेख में, हम पहले inkjet मुद्रण के लिए synthesizing अकार्बनिक perovskite क्वांटम डॉट स्याही के साथ शामिल कदम पर चर्चा । फिर, हम मुद्रण के लिए इंक तैयार करने के लिए अतिरिक्त चरणों का वर्णन करते है और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध inkjet प्रिंटर का उपयोग करके photoactive फ़िल्म के मुद्रण के लिए वास्तविक प्रक्रियाएं inkjet । अंत में, हम मुद्रित फिल्मों जो सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है के लक्षण वर्णन चर्चा उचित रासायनिक और उच्च गुणवत्ता वाले उपकरण के प्रदर्शन के लिए क्रिस्टल संरचना के हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
inkjet मुद्रण प्रक्रिया में शामिल कई पैरामीटर हैं जो अंतिम मुद्रित फिल्म को प्रभावित करते हैं । उन सभी मापदंडों की चर्चा इस प्रोटोकॉल के दायरे से बाहर है, लेकिन के रूप में इस प्रोटोकॉल एक समाधान आधारित संश?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था, नेब्रास्का MRSEC के माध्यम से (ग्रांट DMR-१४२०६४५), चे-१५६५६९२, और चे-१४५५३३ के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ऊर्जा विज्ञान अनुसंधान के लिए नेब्रास्का केंद्र.
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).
