Inyección de tinta impresión todos halogenuros inorgánicos perovskita tintas para aplicaciones fotovoltaicas

Summary

Se presenta un protocolo para sintetizar halogenuros inorgánicos plomo híbrido perovskita quantum dot tintas para la impresión y el protocolo para la preparación e impresión de las tintas de punto cuántico en una impresora de inyección de tinta con técnicas de caracterización de post.

Abstract

Un método para sintetizar fotoactivos perovskita inorgánicos quantum dot tintas y un método de deposición de impresora de inyección de tinta, usando las tintas sintetizadas, se han demostrado. La síntesis de tinta se basa en una simple reacción química húmeda y el protocolo de impresión de inyección de tinta es un método paso a paso fácil. La inyección de tinta imprime películas delgadas han sido caracterizados por difracción de rayos x, espectroscopia de absorción óptica, espectroscopia fotoluminiscente y medidas de transporte electrónico. Difracción de rayos x de las películas de punto cuántico impreso indica una estructura de cristal consistente con una fase ortorrómbica temperatura con orientación (001). Junto con otros métodos de caracterización, las mediciones de difracción de rayos x muestran alta calidad películas pueden obtenerse a través del método de impresión de inyección de tinta.

Introduction

Dieter Weber sintetiza el primer híbrido orgánico-inorgánico perovskitas de haluro en 1978^1,2. Aproximadamente 30 años después, en 2009, Akihiro Kojima y colaboradores fabrican dispositivos fotovoltaicos usando el mismo híbrido orgánico-inorgánico haluro perovskitas sintetizada por Weber, es decir, CH₃NH₃PbI₃ y CH₃NH₃ PbBr₃³. Estos experimentos fueron el comienzo de una oleada posterior de investigación centrada en las propiedades fotovoltaicas de híbridos orgánicos-inorgánicos haluro perovskitas. Entre 2009 y 2018, la eficiencia de conversión de energía de dispositivo aumentado de 3.8%³ a más del 23%⁴y híbridos orgánicos-inorgánicos haluro perovskitas comparable a base de Si las células solares. Como con el perovskitas basada en haluro orgánico inorgánico, el perovskitas basada en halogenuros inorgánicos comenzaron ganando impulso en la comunidad de investigación alrededor de 2012 cuando se midió la eficiencia fotovoltaica dispositivo primera ser 0.9%⁵. Desde 2012 las perovskitas de base de halogenuros inorgánicos todos han recorrido un largo camino con unas eficiencias de dispositivo medidas para ser superior al 13% como en el estudio de 2017 por Sanehira et al. ⁶ las perovskitas orgánicos-inorgánicos basados y encuentran aplicaciones relacionadas con láser^7,8,9,10, de diodos emiten luz^{11, 12 , 13}, de detección de radiación de alta energía¹⁴, Foto detección^15,16y aplicaciones fotovoltaicas de^5,15,17,18 . Casi la última década, han surgido muchas técnicas de síntesis diferentes de científicos e ingenieros que van desde métodos de la solución procesado al vacío vapor deposición técnicas^19,20,21. Las perovskitas de haluro sintetizados usando un método de solución procesada son ventajosas ya que pueden emplearse fácilmente como tintas de inyección de tinta impresión¹⁵.

En 1987, el primer divulgó que el uso de chorro de tinta de impresión de células solares fue presentado. Desde entonces, los científicos e ingenieros han buscado maneras de imprimir con éxito todas células solares inorgánico con propiedades atractivas de rendimiento y baja implementación cuesta²². Hay muchas ventajas a inyección de tinta impresión las células solares, en comparación con algunos de los métodos comunes de fabricación basado en vacío. Un aspecto importante del método de impresión de inyección de tinta es que los materiales basados en la solución se utilizan como tintas. Esto abre la puerta para ensayos de muchos diversos materiales, como inorgánicos tintas basadas en perovskita, que pueden ser sintetizados por métodos químicos húmedos facilonas. En otras palabras, impresión de materiales de la célula solar es una ruta de bajo coste para prototipado rápido. Impresión de inyección de tinta también tiene las ventajas de ser capaces de imprimir grandes áreas en substratos flexibles e imprimir por diseño a baja temperatura en las condiciones atmosféricas. Además, la impresión de inyección de tinta es muy adecuada para producción en masa que permite aplicación de rollo a rollo bajo costo realista^23,24.

En este artículo, primero discutimos los pasos involucrados en la síntesis inorgánica perovskita quantum dot las tintas para la impresión. A continuación, describimos los pasos adicionales para preparar tintas para la impresión y los procedimientos reales de inyección de tinta impresión una película fotoactivas utilizando una impresora de inyección de tinta disponibles en el mercado. Finalmente, discutimos la caracterización de películas impresas que es necesaria garantizar que las películas son de producto químico adecuado y la composición de cristal para el funcionamiento del dispositivo de alta calidad.

Protocol

PRECAUCIÓN: Por favor consultar hojas de datos de seguridad del material del laboratorio (MSDS) antes de proceder. Los productos químicos utilizados en estos protocolos de síntesis han asociado riesgos para la salud. Además, nanomateriales tienen riesgos adicionales en comparación con sus contrapartes a granel. Utilice todas las prácticas de seguridad apropiadas cuando se realiza una reacción de nanocrystal incluyendo el uso de una campana de humos o guantera y el adecuado equipo de protección personal (gafas, gu…

Representative Results

Caracterización de la estructura cristalina Caracterización de la estructura cristalina es vital la síntesis de las perovskitas inorgánicos. En aire a temperatura ambiente en un difractómetro con un 1,54 Å de longitud de onda de fuente de luz Cu-Kα se realizó difracción de rayos x (DRX). Utilizando los protocolos anteriores debe conducir a una estructura cristalina ortorrómbica de temperatura para las tintas de…

Discussion

Hay muchos parámetros involucrados en el proceso de impresión de inyección de tinta que afectan la película impresa final. La discusión de todos los parámetros está fuera del alcance de este protocolo, pero como este protocolo se centra en un método de deposición y síntesis basada en la solución, es apropiado dar una breve comparación con otros métodos de deposición de solución bien conocidos: la método spin-coating y el método de la lámina de doctor.

El método spin-coating …

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