حبر الطباعة كل الأحبار بيروفسكيتي هاليد غير العضوية من أجل التطبيقات الضوئية

Summary

يتم عرض بروتوكول لتوليف هاليد الرصاص غير العضوية المختلطة بيروفسكيتي الكم دوت أحبار الطباعة النافثة للحبر والبروتوكول المتعلق بإعداد وطباعة أحبار دوت الكم في طابعة نافثة لحبر مع تقنيات توصيف الوظائف.

Abstract

أسلوب لتوليف أحبار دوت الكم فوتواكتيفي بيروفسكيتي غير العضوية وطريقة ترسب طابعة النافثة لحبر، باستخدام الأحبار المركبة، وأظهرت. تركيب الحبر يستند إلى تفاعل كيميائي بسيط رطب وبروتوكول الطباعة النافثة للحبر أسلوب خطوة بخطوة سهلة. طباعة نفث الحبر الأغشية الرقيقة اتسمت مطيافية الامتصاص البصرية والتحليل الطيفي photoluminescent، حيود الأشعة السينية وقياسات النقل الإلكتروني. حيود الأشعة السينية من الأفلام دوت الكم المطبوع يشير إلى بنية بلورية تمشيا مع مرحلة أورثورهومبيك درجة حرارة الغرفة مع التوجه (001). بالتزامن مع أساليب تحديد خصائص أخرى، تظهر القياسات حيود الأشعة السينية ذات جودة عالية ويمكن الحصول على الأفلام من خلال أسلوب الطباعة النافثة للحبر.

Introduction

ديتر فيبر توليفها العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس الأولى في 1978^1،2. تقريبا 30 عاماً في وقت لاحق في عام 2009، كوجيما اكيهيرو والمتعاونين ملفقة الأجهزة الضوئية باستخدام نفس العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس توليفها من قبل فيبر، هي والفصل₃NH₃PbI₃ CH₃NH_{3 3}ببر³. هذه التجارب كانت بداية موجه المد اللاحقة من البحوث التي تركز على الخصائص الضوئية للعضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس. من 2009 إلى 2018، الجهاز كفاءة تحويل الطاقة زيادة كبيرة من 3.8%³ إلى ما يزيد على 23%⁴، مما يجعل العضوية غير العضوية المختلطة هاليد بيروفسكيتيس خلايا شمسية قابلة للمقارنة لبناء الاشتراكية. بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد العضوية غير العضوية، بدأت بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد غير العضوية تكتسب الجر في الأوساط البحثية حوالي عام 2012 عندما تم قياس كفاءة الأجهزة الضوئية الأولى أن تكون 0.9%⁵. منذ عام 2012 بيروفسكيتيس المستندة إلى هاليد غير العضوية كافة قد قطعت شوطا مع بعض جوانب الكفاءة الجهاز يقاس سانيهيرا وآخرون أن ما يزيد على 13 في المائة كما هو الحال في دراسة عام 2017 ⁶ كلا من بيروفسكيتيس على أساس العضوية وغير العضوية على أساس البحث عن التطبيقات المتصلة بالليزر^7،،من^89،10، الخفيفة التي ينبعث منها قدر الثنائيات^{11، 12 , 13}والطاقة العالية الإشعاع الكشف عن¹⁴وصور الكشف عن^15،16والتطبيقات الضوئية بالطبع^5،،من^1517،18 . على مدى العقد الماضي تقريبا، برزت العديد من تقنيات التوليف مختلفة من العلماء والمهندسين تتراوح بين أساليب حل المجهزة لفراغ بخار ترسب تقنيات^19،،من²⁰²¹. بيروفسكيتيس هاليد تصنيعه باستخدام أسلوب معالجة الحل مفيدة كما أنها يمكن أن تستخدم بسهولة كأحبار لطباعة¹⁵النافثة للحبر.

في عام 1987، ذكرت الأول عرض استخدام الطباعة النافثة للحبر للخلايا الشمسية. ومنذ ذلك الحين، سعى العلماء والمهندسين طرق لطباعة كافة الخلايا الشمسية غير العضوية مع خصائص الأداء جذابة بنجاح وتنفيذ منخفضة تبلغ²². وهناك العديد من المزايا للخلايا الشمسية الطباعة النافثة للحبر، بالمقارنة ببعض الأساليب فراغ التصنيع على أساس مشترك. جانبا هاما من أسلوب الطباعة النافثة للحبر أن تستخدم المواد المستندة إلى الحل كأحبار. وهذا يفتح الباب لمحاكمات العديد من مواد مختلفة، مثل الأحبار المستندة إلى بيروفسكيتي غير العضوية، التي يمكن تجميعها من قبل الأساليب الكيميائية الرطبة سهلة. وبعبارة أخرى، الطباعة النافثة للحبر للخلايا الشمسية مواد مسار منخفض التكلفة للنماذج الأولية السريعة. أيضا مزايا الطباعة النافثة للحبر للتمكن من طباعة مساحات كبيرة على ركائز مرنة والطباعة حسب التصميم عند درجات حرارة منخفضة في الأحوال الجوية. وعلاوة على ذلك، يتم الطباعة النافثة للحبر عالية مناسبة للإنتاج بالجملة مما يسمح للتنفيذ باللفة منخفضة التكلفة واقعية^23،24.

في هذه المقالة، نحن أولاً مناقشة الخطوات التي تنطوي عليها مع توليف بيروفسكيتي غير العضوية الكم دوت أحبار الطباعة النافثة للحبر. ثم يصف لنا الخطوات الإضافية لإعداد أحبار الطباعة والإجراءات الفعلية لحبر الطباعة فيلما فوتواكتيفي باستخدام طابعة نفث حبر متوفرة تجارياً. وأخيراً، نحن نناقش وصف الأفلام المطبوعة التي تعد ضرورية لضمان الأفلام الكيميائية المناسبة وتشكيل الكريستال عالية الجودة للأداء للجهاز.

Protocol

تحذير: الرجاء مراجعة صحائف بيانات السلامة المادية للمعمل (MSDS) قبل المتابعة. المواد الكيميائية المستخدمة في هذه البروتوكولات التوليف قد ترتبط المخاطر الصحية. بالإضافة إلى ذلك، أن المواد النانوية مخاطر إضافية مقارنة بنظيرتها السائبة. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند القيام برد فعل نانوكريستال بما في ذلك استخدام غطاء دخان أو الدرج الأمامي ومعدات الحماية الشخصية المناسبة (نظارات السلامة، والقفازات، ومعطف مختبر، السراويل، أحذية أغلقت تو، إلخ).

1-السلائف التوليف

1. السيزيوم اوليئات السلائف التوليف
   ملاحظة: يتم تصنيعه السيزيوم اوليئات تحت بيئة₂ ن.
   1. إضافة كربونات 0.203 ز السيزيوم (Cs₂CO₃) 10 مل أوكتاديسيني (قصيدة)، والعنق 1.025 مل حمض الأولييك (الزراعة العضوية) لمدة ثلاثة جولة أسفل إثارة قارورة. هو المسمى قارورة ثلاثة أسفل جولة العنق السيزيوم اوليئات السلائف 1 في الشكل 1a.
   2. وضع ميزان الحرارة أو الحرارية إلى واحدة من رقبة عبر سداده مطاطية.
   3. مكان من الغشاء المطاطي في واحدة من أعناق المتبقية ثم قم بإرفاق الرقبة الثالثة والنهائية نيتروجين غاز سطر عبر خط شلينك. ضع المخلوط تحت جو من غاز نيتروجين.
   4. تسخين المزيج إلى 150 درجة مئوية مع التحريك المستمر بسرعة إثارة 399 مم/s باستخدام شريط إثارة مغناطيسية 2.54 سم حتى₂CO Cs₃ تماما يذوب.
   5. انخفاض درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية لتجنب الأمطار والتحلل من السيزيوم اوليئات وترك إثارة في إثارة نفس السرعة كما هو الحال في الخطوة 1.1.4.
2. أولييلاميني-ببر₂ السلائف التوليف
   ملاحظة: يتم تصنيعه السلائف₂ أولييلاميني-ببر تحت بيئة₂ ن.
   1. إضافة مل 37.5 من قصيدة، 7.5 مل أولييلاميني (اليونيسيف)، 3.75 مل من الزراعة العضوية، وملمول 1.35 من ببر العنق₂ إلى ثلاثة آخر جولة أسفل إثارة قارورة. الثلاثة العنق جولة أسفل قارورة إثارة لشمول PbBr2 هو المسمى 2 في الشكل 1a. ويبين الشكل 1b الحل السليفة غير مختلط.
   2. وضع ميزان الحرارة أو الحرارية إلى واحدة من الرقاب ونوعاً من البوليمر فيلم حول الحرارة/الحرارية لختم الرقبة، انظر الشكل 1.
   3. ضع سداده مطاطية في واحدة من أعناق المتبقية ثم قم بإرفاق الرقبة الثالثة والنهائية لخط غاز نيتروجين عن طريق خط شلينك. ضع المخلوط تحت الغلاف الجوي غاز النيتروجين.
   4. تسخين المزيج إلى 100 درجة مئوية مع التحريك المستمر بسرعة إثارة 599 ملم/s استخدام شريط مغناطيسي يقلب حتى يذوب ببر₂ تماما. الحل السلائف تحت التحريك المستمر هو مبين في الشكل 1ج والسلائف الذائبة تماما الحل هو مبين في الشكل 1د.
   5. تسخين المزيج إلى 170 درجة مئوية مع التحريك المستمر، وإشعار الخليط يخضع تغيير لون الأصفر الداكن حالما تصل إلى 170 درجة مئوية، كما يتضح في الشكل 1دال ترك إثارة تحت 170 ° C الحرارة.

2-كسببر₃ الكم دوت التوليف

1. استخدام المحاقن زجاجية 2 مل، مع إبرة قياس 18 طويل 10 سم، استخراج 1.375 مل من السيزيوم اوليئات السلائف من قارورة الرقبة الثلاثة عن طريق الغشاء المطاطي كما هو مبين في الشكل 2.
2. حقن بسرعة، عن طريق الغشاء المطاطي، مل 1.375 من السيزيوم اوليئات السلائف في قارورة الرقبة الثلاث التي تحتوي على السلائف₂ شمول-ببر، كما هو مبين في الشكل 2ب. ينبغي أن يكون هناك إجراء تغيير لون يمكن ملاحظتها، أصفر لامع-أخضر، كما هو مبين في الشكل 2(ج).
3. بعد الحقن السيزيوم اوليئات السلائف، والانتظار 5 s، إزالة قارورة العنق ثلاثة من الحرارة، وتزج قارورة ثلاثة-الرقبة أسفل جولة في حمام الثلج ومياه عند 0 درجة مئوية، كما هو مبين في الشكل 3.
4. فصل الحل في قارورة الرقبة الثلاث على قدم المساواة في أنابيب الاختبار 2، تقريبا 25 مل في أنبوبة الاختبار.
5. إضافة 25 مل الأسيتون لكل الحلول طافية، ثم فصل بالطرد المركزي باستخدام معلمات أدناه.
6. فصل النقاط الكم باستخدام أجهزة الطرد مركزي في س 2431.65 ز لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة والمعايير، كما هو مبين في الشكل 3 (ب).
7. فصل النقاط الكم طافية وطرد، كما هو مبين في الشكل 3 جيم، بصب المادة طافية في أنبوب اختبار فارغة.
8. وأخيراً، حل النقاط الكم المنفصل في 10-25 مل من هيكسانيس أو سيكلوهيكسانيس. ثم يمكن استخدام هذا الحل كحبر في خراطيش الطابعة النافثة للحبر لطباعة الأغشية الرقيقة.
   ملاحظة: استخدم طابعة نفث حبر متوفرة تجارياً لطباعة جميع الكم دوت رقيقة الأفلام من أحبار بيروفسكيتي غير العضوية على أساس هاليد. في ركائز هذا البروتوكول غير متبلور الزجاج وأكسيد إنديوم قصدير استخدمت المغلفة البولي ايثلين (إيتو/PET) خلال القياسات. للتأكد من أن سطح الركازة نظيف قبل الطباعة، ركائز تم تنظيفها باستخدام يغسل الأسيتون يليه يغسل ميثانول.

3-تنظيف رأس الطابعة

1. أولاً تأكد من توصيل الطابعة والطاقة التشغيل للوصول إلى خراطيش الحبر ورأس الطابعة.
2. إزالة خراطيش الحبر من الطابعة رئيس فتح الجزء العلوي من الطابعة والانتظار لخراطيش الحبر للعودة إلى موقف وسط وأضواء حمراء تحت خراطيش الحبر تكون مضيئة، ومن ثم قم بإزالة جميع خراطيش.
3. تحريك رأس الطباعة قليلاً إلى اليمين وسحب الحرس على علبة الحبر حيث أنه يسمح علبة للبقاء في المكان كما هو موضح في الشكل 4. الوصول إلى الجزء الخلفي علبة الحبر وقرصة الفاصل البلاستيك إلى فصل نصفي رأس الطباعة. سحب بلطف وسيتم إزالة رأس الطباعة بسهولة.
4. لتنظيف رأس الطباعة، تحضير طبق مع بضعة ملليمترات من المياه الدافئة. غمرت المكان رأس الطباعة في المياه مع الشقوق في الجزء السفلي. تجنب الاتصال بين الأجزاء الإلكترونية الخضراء على ظهره والماء لأن هذا لديه القدرة على إلحاق الضرر برأس الطباعة.
5. استخدام ماصة والمياه الدافئة لإسقاط المياه على المقاومات. ترك رأس الطباعة بالجلوس في الماء الدافئ ح 1-2.
6. بمجرد الانتهاء من مغطس في الماء الدافئ، ضع رأس الطابعة في مختبر أنسجة وتترك لتجف على الأقل 20 دقيقة تجنب المسح أسفل رأس الطباعة لأن الألياف من المسح يمكن أن تتعثر في الشقوق حيث يتم الاستغناء عن الحبر.
7. إرجاع رأس الطباعة لموقفه ودفع الحرس العودة إلى موضعه الأصلي.

4-الطباعة الكم بيروفسكيتي دوت الأحبار

ملاحظة: يستخدم هذا البروتوكول طابعة النافثة لحبر الذي يتضمن القدرة على طباعة تسميات القرص المضغوط على أقراص مدمجة مع المعونة من علبة القرص المضغوط جامدة. من المستحسن قبل الطباعة بيروفسكيتيس، أحد قص الشكل المفضل وحجم من الركازة، وثم طباعة الحجم الدقيق والشكل من الركازة المطلوب على القرص المضغوط نفسه باستخدام الحبر الأسود، كما هو مبين في الشكل 5.

1. رسم خط مستقيم على حافة القرص، ويستمر ذلك على علبة القرص المضغوط. بهذه الطريقة، القالب مؤتمر نزع السلاح يمكن أن اصطف نفس الطريقة كل مرة، وضمان الأحبار الطباعة في الموقع المطلوب.
2. ضع الركيزة فوق حبر الصور المطبوعة على القرص. يمكن أن تعقد الركيزة في المكان باستخدام شريط مزدوج الوجهين أو بعض لاصقة أخرى، كما هو موضح في الشكل 5ب.
3. قبل ملء خراطيش الحبر، ضمان تغطية البرتقال مثبت بشكل صحيح على الجزء السفلي من خرطوشة الحبر، كما هو موضح في الشكل 6. وهذا يمنع الحبر من تسرب إلى الجزء السفلي من الخرطوشة.
4. حالما يتم حل الحبر، كما هو الحال في الخطوة 2-9، ويكون الغطاء على الخرطوشة، استخدم ماصة ضخ الحبر دوت الكم في الجزء العلوي من خرطوشة الحبر، كما هو موضح في الشكل 6.
   ملاحظة: سيتم استيعاب الكم نقطة الحبر بالاسفنج حتى أنه يصبح مشبعة وسيتم تخزين الحبر المتبقية في حجرة بجانب الأسفنج. تجنب الإفراط في ملء هذه المقصورة، لأن الحبر يمكن الهروب من الأعلى عندما يصبح كامل تقريبا.
5. حالما يتم ملء الخرطوشة للمبلغ المطلوب، توصيل الجزء العلوي مع سداده مطاطية وإزالة الغطاء السفلي البرتقالي بعناية. كن مستعدا للحبر قليلاً للهروب من خلال الجزء السفلي عند تنفيذ هذا الإجراء.
6. ضع خرطوشة الحبر في الطابعة الرأس ويجب التأكد من أن يستقر في مكانة، كما هو مبين في الشكل 6b، تأكد من إدراج الخراطيش المتبقية، أما فارغة أو كامل قبل المتابعة إلى الخطوة التالية، كما هو موضح في الشكل 6ج.
7. إغلاق الطابعة والانتظار للرأس الطابعة بالعودة إلى الجانب الأيسر الآن من الطابعة.
8. تأكد من أن لون الصور يتم طباعة يتوافق مع لون خرطوشة الحبر الذي يحتوي على نقاط الكم. تم العثور على صورة صلبة سماوي أو ماجنتا أو أصفر تعمل بشكل أفضل (الأسود صعب لأن هناك اثنين من الخراطيش السوداء).
9. الطباعة انقر فوق في الزاوية اليسرى السفلي واتبع الشاشة تعليمات.
10. بينما الطابعة هو الاحماء، التحقق من أن القرص بشكل صحيح محاذاة على علبة القرص، مثل سيتم طباعة الصورة على الشاشة بالضبط حيث من المتوقع.
11. سوف تظهر تعليمات على الشاشة التي توجه المستخدم فتح غطاء القرص على الطابعة وإدراج علبة القرص الذي يحتوي على القرص إلى الجهاز. تنفيذ هذا الإجراء ثم اضغط على زر (الوميض البرتقالي) استئناف في الطابعة أو انقر فوق الزر "موافق" على الشاشة، كما هو موضح في الشكل 7a و 7b.
12. عند هذه النقطة الطابعة سوف تقبل بعلبة القرص والطباعة بيروفسكيتيس على الركازة، بعد اكتمال الطباعة؛ تحقق أن الأحبار المطبوعة فعلا على الركازة كانسداد مشكلة مشتركة.
    1. اضغط الترا فيوليت (الأشعة فوق البنفسجية) مصباح على الركازة، إذا لم يعمل الطباعة يكون هناك شيء مشابه الرقم 7ج؛ وإلا هناك سوف تكون لومينيسسينج الفيلم كما هو الحال في الشكل 7د إذا كان البروتوكول أعلاه يعمل بشكل صحيح.

النتائج

توصيف بنية بلورية

وصف هيكل الكريستال أمر حيوي فيما يتعلق بتركيب بيروفسكيتيس غير العضوية. حيود الأشعة السينية (XRD) أنجز في الهواء في درجة حرارة الغرفة على ديفراكتوميتير استخدام 1.54 الطول الموجي Cu-K_α مصدر الضوء. استخدام البروتوكولات الم?...

Discussion

هناك العديد من معلمات تشارك في عملية الطباعة النافثة للحبر التي تؤثر على الفيلم المطبوعة النهائية. مناقشة جميع تلك المعلمات خارج نطاق هذا البروتوكول، ولكن كما يركز هذا البروتوكول على توليف القائم على الحل وطريقة الترسيب، فمن المناسب إعطاء مقارنة قصيرة لأساليب ترسب على أساس الحل معروفة أ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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