Die Hauptvorteile dieser Technik sind, dass sie sich gut für großflächige Abscheidung, Rapid Prototyping und Druck durch Design eignet, was auf ein hohes Potenzial für die Walzen-zu-Rollen-Fertigung hindeutet. Obwohl dieses System Einblicke in anorganische Photovoltaik geben kann, kann es auch auf andere Systeme wie organische Photovoltaik oder Biophysik angewendet werden. Demonstriert wird das chemische Syntheseverfahren von Mason McCormick, einem Studenten des Sinitsky-Labors.
Ein Prägungsverfahren wird Dylan Richmond vom Ilie-Labor vorführen. Zur Zubereitung des Cäsiumoleatvorläufers fügen Sie 0,203 Gramm Cäsiumcarbonat 10 Milliliter Octadecen und 1,025 Milliliter Ölsäure zu einem drei Hals runden Bodenkolben mit 2,54 Zentimeter magnetischem Rührstab hinzu. Legen Sie ein Thermometer über ein Gummiseptum in einen der Hälse des runden Bodenkolbens.
Als nächstes legen Sie ein Gummiseptum in einen der verbleibenden Hälse des runden Unterkolbens und befestigen Sie den dritten Hals über eine Schlenk-Leitung an der Stickstoffgasleitung. Das Gemisch unter Stickstoffatmosphäre stellen. Erhitzen Sie das Gemisch unter ständigem Rühren mit einer Rührgeschwindigkeit von 399 Millimetern pro Sekunde auf 150 Grad Celsius, bis sich das Cäsiumcarbonat vollständig auflöst.
Danach wird die Temperatur auf 100 Grad Celsius gesenkt, um Niederschlag und Zersetzung des Cäsiumoleats zu vermeiden und mit einer Rührgeschwindigkeit von 399 Millimetern pro Sekunde weiter zu rühren. Zur Herstellung des Oleylamin-Bleibromid-Vorläufers fügen Sie 1,35 Millimoles Bleibromid 37,5 Milliliter Octadecene 7,5 Milliliter Olaylamin und 3,75 Milliliter Ölsäure zu einem drei Hals runden Bodenkolben mit einem magnetischen Rührstab hinzu. Als nächstes ein Thermometer in einen der Hälse des runden Bodenkolbens geben und mit Polymerfolie versiegeln.
Legen Sie ein Gummiseptum in einen der verbleibenden Hälse des runden Bodenkolbens und befestigen Sie den dritten Hals über eine Schlenk-Leitung an der Stickstoffgasleitung. Mischung unter Stickstoffatmosphäre platzieren. Erhitzen Sie die Mischung unter ständigem Rühren mit einer Rührgeschwindigkeit von 599 Millimetern pro Sekunde auf 100 Grad Celsius, bis das Bleibromid vollständig aufgelöst ist.
Jetzt erhitzen Sie die Mischung auf 170 Grad Celsius mit ständigem Rühren und beobachten Sie die Farbänderung in dunkelgelb, sobald die Temperatur 170 Grad Celsius erreicht. Bei 170 Grad Celsius weiterrühren. Mit einer Zwei-Milliliter-Glasspritze mit einem 10 Zentimeter langen 18-Meter-Nadelextrakt 1,375 Milliliter Cäsiumoleat-Vorläufer aus dem drei Hals-Rundkolben.
Injizieren Sie diesen Vorläufer schnell in den drei Hals-Rundkolben mit dem Oleylamin-Bleibromid-Vorläufer. Nach fünf Sekunden Wartezeit entfernen Sie den drei Hals-Rundkolben aus der Hitze und tauchen Sie ihn in ein Eiswasserbad ein. Trennen Sie die Lösung im dreihalsigen rundrunden Bodenkolben gleichmäßig in zwei Reagenzgläser.
Fügen Sie 25 Milliliter Aceton zu jeder der überstanden Lösungen hinzu. Als nächstes trennen Sie die Quantenpunkte mit einer Zentrifuge bei 2431.65G für fünf Minuten bei Raumtemperatur. Lösen Sie nun die getrennten Quantenpunkte in 10 bis 25 Milliliter Cyclohexan auf.
Um sicherzustellen, dass die Tinten an der gewünschten Stelle drucken, zeichnen Sie eine gerade Linie am Rand der Festplatte und fahren Sie auf dem CD-Festplattenfach fort. Legen Sie das gewünschte Substrat über die auf der Scheibe gedruckten Farbbilder und befestigen Sie es mit einem Klebstoff wie doppelseitigem Klebeband an der Scheibe. Stellen Sie vor dem Befüllen der Tintenpatronen sicher, dass die orangefarbene Abdeckung korrekt auf der Unterseite der Tintenpatrone installiert ist, um das Austreten der Tinte zu verhindern.
Mit einer Pipette injizieren Sie die vorbereitete Quantenpunkttinte in die Oberseite der Tintenpatrone. Sobald die Patrone auf die gewünschte Menge an Tinte gefüllt ist, stecken Sie die Oberseite mit dem Gummiseptum und entfernen Sie vorsichtig die orange Abdeckung. Legen Sie als nächstes die Tintenpatrone in den Druckerkopf und stellen Sie sicher, dass sie einrastet.
Legen Sie dann die restlichen Patronen ein, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren. An dieser Stelle akzeptiert der Drucker das Diskettenfach und druckt Perowskiten auf dem Substrat. Nach dem Drucken ist vollständig zu überprüfen, ob die Tinten tatsächlich auf das Substrat gedruckt als Verstopfung ist ein häufiges Problem.
Halten Sie schließlich eine UV-Lampe über das Substrat, um zu überprüfen, ob der Druck erfolgreich war und ein Lumineszenzfilm beobachtet wird. Die Charakterisierung der synthetisierten anorganischen Perowskite ist entscheidend, um die Kristallstruktur zu bestätigen. Die Röntgen-Defraktionsergebnisse deuten darauf hin, dass die mit diesem Protokoll hergestellten kristallinen Cäsium-Blei-Blei-Quantenpunkttinten eine orthorhombe Raumtemperatur-Perowskitstruktur nach dem Tintenstrahldruckverfahren beibehalten.
Es ist allgemein bekannt, dass die optischen Eigenschaften dieser anorganischen Perowskit-Quantenpunkte empfindlich auf Quantenpunktgröße und Stoichiometrie der anorganischen und halogeniden Atome reagieren. Das Photolumineszenzprofil für Cäsiumbleibromid weist einen Spitzenwert von rund 520 Nanometern auf und das optische Absorptionsprofil zeigt einen erregenden Spitzenwert von rund 440 Nanometern. Für die gedruckten Filme wurden, wie hier gezeigt, Stromspannungs- und Kapazitätsspannungsmessungen für die gedruckten Folien durchgeführt.
Unter Beleuchtung erhöht sich die gemessene Art linear und zeigt an, dass die Filme photoaktiv sind. Die Folien weisen eine sehr geringe Kapazität unter dunklen Bedingungen auf, wenn keine Beleuchtung vorhanden ist. Wie hier zu sehen ist.
Bei Lichtbeleuchtung nimmt die Null-Bias gemessene Kapazität zu und ist ein weiterer Hinweis darauf, dass die Filme photoaktiv sind. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, sowohl den Druckerkopf als auch die Dichtungen so sauber wie möglich zu halten. Dies wird letztlich den erfolgreichen Druck diktieren.
Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie Sondenmikroskopie und zeitaufgelöste Lumineszenz durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z. B. die Oberflächenbeendigung und Oberflächenmorphologie und was sind die Exziton-Rekombinationsdynamiken. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher aus Chemie, Physik und Materialwissenschaft, um Roll-to-Roll-fähige Photovoltaik-Anlagen aus organischen und anorganischen Halbleitermaterialien und den dazugehörigen Geräteschnittstellen zu erforschen. Diese Technik erwies sich als ein großartiges pädagogisches Werkzeug, da sie im Laborkurs für anorganische Chemie der Oberstufe an der Universität Nebraska-Lincoln eingeführt wurde, um die Studierenden an eine Vielzahl wichtiger Konzepte heranzuführen, die von der Katalyzsynthese und Quantengrößeneffekten bis hin zu Photovoltaik und erneuerbaren Energien reichen.
Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit bleibasierten Produkten und Lösungsmitteln wie Hexan, Cyclohexan oder Aceton extrem gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie die Verwendung von richtiger Schutzkleidung und richtige Belüftung sollten immer bei der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.
