הדפסת צבעי הדיו פרוביסקיט הליד אורגניים ליישומים פוטו הזרקת דיו
Summary
פרוטוקול עבור סינתזה לא אורגנית-עופרת-הליד היברידית פרוביסקיט קוונטית נקודה דיו עבור מדפסת הזרקת דיו והפרוטוקול להכנה של הדפסה הדיו נקודה קוונטית במדפסת הזרקת דיו עם טכניקות אפיון פוסט מוצגים.
Abstract
שיטת סינתזה פרוביסקיט אי-אורגנית photoactive קוונטית נקודה הדיו ואת שיטת התצהיר של מדפסת הזרקת דיו באמצעות הדיו מסונתז, הם הפגינו. הסינתזה דיו מבוסס על תגובה כימית פשוטה רטובה, פרוטוקול הדפסה הזרקת דיו שיטה נתיישב צעד אחר צעד. הזרקת דיו המודפסים סרטים רזה מאפינים על ידי קרני רנטגן, ספקטרום בליעה אופטית, ספקטרוסקופיה פוטו לומינסנט מדידות האלקטרונית. רנטגן עקיפה של הסרטים נקודה קוונטית המודפס מצביע על מבנה הגביש בקנה אחד עם שלב האורתורומבית בטמפרטורת החדר עם אוריינטציה (001). בשילוב עם שיטות אפיון אחרות, המדידות קרני רנטגן מראים באיכות גבוהה הסרטים ניתן לקבל באמצעות שיטת הדפסה הזרקת דיו.
Introduction
דיטר וובר מסונתז perovskites הליד אורגני-אורגנית היברידית הראשונה של 19781,2. בערך 30 שנה מאוחר יותר בשנת 2009 Akihiro קוג’ימה, משתפי פעולה מפוברק פוטו התקנים באמצעות perovskites הליד היברידית אורגני-אורגניים זהה מסונתז על ידי וובר, כלומר, CH3NH3מפ ל3 ו- CH3NH3 3PbBr3. ניסויים אלה היו תחילתו של גל עוקבות מחקר התמקדות מאפייני פוטו perovskites הליד היברידית אורגני-אורגניים. משנת 2009 עד 2018, יעילות ההמרה כוח המכשיר באופן דרמטי גדלה מ 3.8%3 אל מעל 23%4, שהופך perovskites הליד אורגני-אורגנית היברידית תאים סולריים להשוות מבוסס-סי. כמו עם perovskites מבוססי הליד אורגני-אורגניים, אי-אורגנית perovskites מבוססי הליד החל צובר אחיזה קהילת המחקר בסביבות 2012 כאשר יעילות המכשיר פוטו הראשון נמדדה 0.9%5. החל משנת 2012 perovskites כל מבוסס-הליד אורגניים יש כברת דרך ארוכה עם כמה יעילות המכשיר נמדדת עולה על 13% כמו המחקר 2017. Sanehira et al. 6 שני perovskites מבוסס על אורגנית, מבוסס על אי-אורגנית למצוא אפליקציות לייזרים7,8,9,10, אור פולטות דיודות11, 12 , 13, זיהוי קרינה באנרגיה גבוהה14,15,של זיהוי תמונה16, ו יישומים כמובן פוטו5,15,17,18 . כמעט בעשר השנים האחרונות, טכניקות סינתזה שונים רבים צמחו מתוך מדענים ועשן מהנדסים הנע בין שיטות פתרון עיבוד לשאוב התצהיר טכניקות19,20,21. Perovskites הליד מסונתז באמצעות שיטת פתרון-מעובד הן יתרון הם יכולים בקלות להיות מועסק דיו עבור דיו הדפסה15.
בשנת 1987, דיווח הראשון הוצג השימוש מדפסת הזרקת דיו של תאים סולריים. מאז, מדענים ומהנדסים ביקשו דרכים בהצלחה להדפיס כל תאים סולאריים אורגניים עם מאפייני הביצועים אטרקטיבי במחיר נמוך יישום22. ישנם יתרונות רבים הדפסה הזרקת תאים סולריים, לעומת חלק מהשיטות ואקום ייצור בסיס משותף. היבט חשוב של שיטת הדפסה הזרקת דיו היא פתרון המבוסס על חומרים משמשים דיו. פעולה זו פותחת את הדלת עבור ניסויים של חומרים שונים רבים, כגון דיו המבוסס על פרוביסקיט-אורגניים, אשר יכול להיות מסונתז על ידי נתיישב שיטות כימיות רטובות. במילים אחרות, מדפסת הזרקת דיו של תא פוטו-וולטאי חומרים הוא מסלול נמוכים שטנץ מהירה. מדפסת הזרקת דיו יש גם את היתרונות של היכולת להדפיס שטחים גדולים על מצעים גמיש ולהדפיס על-ידי עיצוב בטמפרטורות נמוכות בתנאים אטמוספיריים. יתר על כן, מדפסת הזרקת דיו מתאימה מאוד לייצור המוני המאפשר יישום ריאליסטי גליל לגליל בעלות נמוכה23,24.
במאמר זה נדון תחילה את השלבים הכרוכים עם סינתזה לא אורגנית פרוביסקיט קוונטית נקודה דיו עבור מדפסת הזרקת דיו. לאחר מכן, אנו מתארים שלבים נוספים עבור הכנת צבעי הדפסה וההליכים הזרקת דיו הדפסת סרט photoactive באמצעות מדפסת הזרקת דיו הנמכרים בפועל. לבסוף, נדון אפיון הסרטים מודפס אשר הכרחי להבטיח הסרטים של כימיקלים תקין, הרכב קריסטל עבור ביצועי התקן באיכות גבוהה.
Protocol
Representative Results
Discussion
ישנם פרמטרים רבים מעורבים בתהליך ההדפסה הזרקת דיו המשפיעות על הסרט המודפס הסופי. הדיון בכל הפרמטרים האלו מעבר להיקף של פרוטוקול זה, אך כמו פרוטוקול זה מתמקד המבוסס על פתרון סינתזה ושיטת התצהיר, זה הולם לתת השוואה קצרה בשיטות אחרות התצהיר המבוסס על פתרון ידוע: שיטת ציפוי ספין ובשיטת הרופא-ל…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע, דרך MRSEC של נברסקה (גרנט DMR-1420645), צ’ה-1565692, ואת צ’ה-145533, כמו גם המרכז נברסקה למחקר מדעי האנרגיה.
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).
