Fotovoltaik uygulamalar için tüm inorganik Halide Perovskite mürekkepler baskı mürekkep püskürtmeli
Summary
Kurşun halide inorganik hibrid perovskite kuantum nokta mürekkepler mürekkep püskürtmeli baskı için ve hazırlama ve bir mürekkep püskürtmeli yazıcı yazı karakterizasyonu teknikleri ile kuantum nokta mürekkep baskı için protokol sentezleme için bir protokol sunulmuştur.
Abstract
Fotoaktif inorganik perovskite kuantum nokta mürekkepler ve sentezlenmiş mürekkepler kullanılarak bir mürekkep püskürtmeli yazıcı biriktirme yöntemi sentezleme yöntemi gösterdi. Mürekkep sentez basit bir ıslak kimyasal tepki olarak dayanmaktadır ve mürekkep püskürtmeli baskı iletişim kuralı bir facile adım adım bir yöntemdir. İnce filmleri inkjet baskılı x-ışını kırınım, optik soğurma spektroskopisi, photoluminescent spektroskopisi ve elektronik aktarım ölçümleri ile karakterizedir. X-ışını kırınım yazdırılan kuantum nokta filmlerin bir kristal yapısı ile bir ortorombik oda sıcaklığında faz (001) yönlendirmesi ile tutarlı gösterir. Diğer karakterizasyon yöntemleri ile birlikte, yüksek kaliteli filmler mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi ile elde edilebilir x-ışını kırınım ölçümleri göster.
Introduction
Dieter Weber ilk organik-inorganik hibrid halide perovskites 19781,2sentezledim. Yaklaşık 30 yıl sonra 2009 yılında fabrikasyon Akihiro Kojima ve işbirlikçileri fotovoltaik cihazlar yani Weber tarafından sentezlenen organik-inorganik hibrid halide perovskites kullanarak, CH3NH3PBI3 ve CH3NH3 PbBr33. Bu deneyler araştırma organik-inorganik hibrid halide perovskites fotovoltaik özellikleri üzerinde odaklanan bir sonraki deprem dalgası başlangıçtı. 2018 için 2009 aygıt güç dönüşüm verimliliği önemli ölçüde artış % 3.83 %23 üzerinde organik-inorganik hibrid halide perovskites Si tabanlı karşılaştırılabilir güneş hücreleri yapma mı4,. Olarak ne zaman ilk fotovoltaik aygıt verimliliği %0,95olarak ölçüldü 2012 civarında kazanç arazi araştırma topluluk halide tabanlı organik-inorganik perovskites ile inorganik halide tabanlı perovskites başladı. 2012 yılından bu yana tüm inorganik perovskites halide tabanlı 2017 çalışma olduğu gibi % 13 üzerinde olmak Sanehira vd tarafından ölçülen bazı aygıt verimliliği ile uzun bir yol katettik 6 temel organik ve inorganik tabanlı perovskites lazerler7,8,9,10için ışık yayan diyotlar11, ilgili uygulamalar bulabilirsiniz. 12 , 13, yüksek enerjili radyasyon algılama14, fotoğraf algılama15,16ve tabii fotovoltaik uygulamaları5,15,17,18 . Neredeyse son on yılda, birçok farklı sentez teknikleri bilim adamları çıkmıştır ve vakum işlenmiş çözüm yöntemleri arasında değişen mühendisleri ifade teknikleri19,20,21Buhar. Onlar kolayca mürekkep püskürtmeli15baskı için mürekkep olarak istihdam edilebilir bir çözüm işlenen yöntemiyle sentezlenmiş halide perovskites avantajlı şunlardır.
1987 yılında, ilk mürekkep püskürtmeli baskı güneş hücrelerinin kullanımı sunuldu bildirdi. O zamandan beri bilim adamları ve mühendisleri başarıyla tüm inorganik güneş pilleri çekici performans özellikleri ile yazdırmanın yolları çalışmışlardır ve düşük uygulama maliyeti22. Mürekkep püskürtmeli baskı güneş hücreleri, bazı ortak vakum göre imalat yöntemleri ile karşılaştırıldığında pek çok avantajı vardır. Önemli bir unsuru, mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi çözüm tabanlı malzemeler mürekkepler kullanılır. Bu denemeler inorganik perovskite bazli mürekkep facile ıslak kimyasal yöntemlerle sentez gibi birçok farklı malzemelerin için kapıyı açar. Başka bir deyişle, mürekkep püskürtmeli baskı güneş pili malzemelerin hızlı prototipleme için bir düşük maliyetli yoldur. Mürekkep püskürtmeli baskı da geniş alanlar esnek yüzeyler üzerinde baskı ve tasarım atmosferik koşullarda düşük sıcaklıklarda yazdırmak için güçlü olmanın avantajları vardır. Ayrıca, mürekkep püskürtmeli baskı son derece seri üretim gerçekçi düşük maliyetli rulo rulo uygulaması23,24için izin için uygundur.
Bu makalede, biz ilk inorganik perovskite kuantum nokta mürekkepler mürekkep püskürtmeli baskı için sentezleme ile ilgili adımları tartışmak. O zaman, mürekkepler baskı ve gerçek yordamlar için piyasada bulunan mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanarak bir fotoaktif film baskı mürekkep püskürtmeli hazırlama ek adımları anlatılmaktadır. Son olarak, biz filmleri uygun kimyasal ve kristal kompozisyon için yüksek kaliteli cihaz performans sağlamak gerekli olan alan nitelik özellikleri yazdırılan filmlerin tartışıyorlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son yazdırılan filmi etkileyen mürekkep püskürtmeli baskı sürecine dahil birçok parametre vardır. Bu parametreler tartışılması bu iletişim kuralı kapsamı dışındadır, ancak bu iletişim kuralı bir çözüm tabanlı sentezi ve biriktirme yöntemi üzerinde duruluyor gibi bunu diğer tanınmış çözüm tabanlı ifade yöntemleri kısa bir karşılaştırma vermek uygundur: spin-kaplama yöntemi ve Doktor blade yöntemi.
Spin-kaplama yöntemi çok hızlı, tek tip filmler ü…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser enerji bilim araştırma için Nebraska MRSEC (Grant DMR-1420645), CHE-1565692 ve CHE-145533 yanı sıra Nebraska Merkezi aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.
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 |
Riferimenti
- 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).
