Las principales ventajas de esta técnica son que es muy adecuada para la deposición de área grande, prototipado rápido e impresión por diseño, lo que sugiere un alto potencial para la fabricación roll-to-roll. Aunque este sistema puede proporcionar información sobre la fotovoltaica inorgánica, también se puede aplicar a otros sistemas como la fotovoltaica orgánica o la biofísica. Demostrar el procedimiento de síntesis química será Mason McCormick, un estudiante del laboratorio Sinitsky.
Dylan Richmond, del laboratorio Ilie, demostrará un procedimiento de impresión. Para preparar el precursor de oleato de cesio añadir 0.203 gramos de carbonato de cesio 10 mililitros de octadeceno y 1.025 mililitros de ácido oleico a un matraz inferior redondo de tres cuellos que contiene 2,54 centímetros de barra de agitación magnética. Coloque un termómetro en uno de los cuellos del matraz inferior redondo a través de un tabique de goma.
A continuación, coloque un tabique de goma en uno de los cuellos restantes del matraz inferior redondo y conecte el tercer cuello a la línea de gas nitrógeno a través de una línea Schlenk. Coloque la mezcla bajo la atmósfera de nitrógeno. Calienta la mezcla a 150 grados centígrados con agitación constante a una velocidad de agitación de 399 milímetros por segundo hasta que el carbonato de cesio se disuelva por completo.
Después de esto bajar la temperatura a 100 grados centígrados para evitar la precipitación y descomposición del oleato de cesio y continuar revolviendo a una velocidad de agitación de 399 milímetros por segundo. Para preparar el precursor de bromuro de plomo de oleylamine añadir 1,35 milimolelos de bromuro de plomo 37,5 mililitros de octadeceno 7,5 mililitros de olailamina y 3,75 mililitros de ácido oleico a un matraz inferior redondo de tres cuellos que contiene una barra de agitación magnética. A continuación, coloque un termómetro en uno de los cuellos del matraz inferior redondo y selle con película de polímero.
Coloque un tabique de goma en uno de los cuellos restantes del matraz inferior redondo y conecte el tercer cuello a la línea de gas nitrógeno a través de una línea Schlenk. Coloque la mezcla bajo la atmósfera de nitrógeno. Calentar la mezcla a 100 grados centígrados con agitación constante a una velocidad de agitación de 599 milímetros por segundo hasta que el bromuro de plomo se disuelva por completo.
Ahora, calienta la mezcla a 170 grados centígrados con agitación constante y observa el cambio de color a amarillo oscuro una vez que la temperatura alcanza los 170 grados centígrados. Continúe revolviendo a 170 grados centígrados. Usando una jeringa de vidrio de dos mililitros con un extracto de aguja de calibre 10 centímetros de largo 18 1.375 mililitros de precursor de oleato de cesio del matraz inferior redondo de tres cuellos.
Inyecte rápidamente este precursor en el matraz inferior redondo de tres cuellos que contiene el precursor del bromuro de plomo de oleilamina. Después de esperar cinco segundos retire el matraz inferior de tres cuellos alrededor del calor y sumérgelo en un baño de agua helada. Separe la solución en el matraz inferior redondo de tres cuellos por igual en dos tubos de ensayo.
Añadir 25 mililitros de acetona a cada una de las soluciones sobrenadantes. A continuación, separe los puntos cuánticos utilizando una centrífuga a 2431.65G durante cinco minutos a temperatura ambiente. Ahora disuelve los puntos cuánticos separados en 10 a 25 mililitros de ciclohexano.
Para asegurarse de que las tintas se imprimen en la ubicación deseada, dibuje una línea recta en el borde del disco y continúe en la bandeja de disco del CD. Coloque el sustrato deseado sobre las imágenes de tinta impresas en el disco y adjúntelo al disco utilizando un adhesivo como cinta adhesiva de doble cara. Antes de llenar los cartuchos de tinta, asegúrese de que la cubierta naranja esté instalada correctamente en la parte inferior del cartucho de tinta para evitar que la tinta se derrame.
Con una pipeta, inyecte la tinta de punto cuántico preparada en la parte superior del cartucho de tinta. Una vez que el cartucho está lleno a la cantidad deseada de enchufe de tinta, la parte superior con el tabique de goma y retire cuidadosamente la cubierta naranja. A continuación, coloque el cartucho de tinta en el cabezal de la impresora y asegúrese de que esté en su lugar.
A continuación, inserte los cartuchos restantes antes de continuar con el siguiente paso. En este punto, la impresora aceptará la bandeja de disco e imprimirá perovskitas en el sustrato. Después de la impresión es completa comprobar que las tintas realmente impresas en el sustrato como obstrucción es un problema común.
Por último, sostenga una lámpara UV sobre el sustrato para comprobar si la impresión tuvo éxito y se observa una película lumineste. La caracterización de las perovskitas inorgánicas sintetizadas es vital para confirmar la estructura cristalina. Los resultados de la defracción de rayos X indican que las tintas de punto cuántico de bromuro de plomo de cesio cristalino preparadas con este protocolo mantienen una estructura de perovskita de temperatura ambiente ortorrómbica después del proceso de impresión de chorro de tinta.
Es bien sabido que las propiedades ópticas de estos puntos cuánticos de perovskita inorgánica son sensibles al tamaño de los puntos cuánticos y a la estequiometría de los átomos inorgánicos y de halogenuros. El perfil de fotoluminiscencia para bromuro de plomo de cesio muestra un pico de alrededor de 520 nanómetros y el perfil de absorción óptica muestra un pico excitónico alrededor de 440 nanómetros. Las mediciones de voltaje de corriente y voltaje de capacitancia se tomaron para las películas impresas en condiciones oscuras y de luz como se muestra aquí.
Bajo iluminación, el tipo medido aumentó linealmente e indica que las películas son fotoactivas. Las películas exhiben muy baja capacitancia en condiciones oscuras cuando no hay iluminación. Como se puede ver aquí.
Bajo iluminación ligera, la capacitancia medida de sesgo cero aumenta y es otra indicación de que las películas son fotoactivas. Al intentar este procedimiento es importante recordar mantener el cabezal de la impresora y las juntas lo más limpios posible. Esto, en última instancia, dictará una impresión exitosa.
Siguiendo este procedimiento se pueden realizar otros métodos como la microscopía de sonda y la luminiscencia resuelta en el tiempo para responder preguntas adicionales como cuál es la terminación de la superficie y la morfología de la superficie, y cuáles son la dinámica de recombinación de exciton. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en los campos de la química, la física y la ciencia de los materiales exploraran los sistemas fotovoltaicos listos para rollo a rollo compuestos de materiales semiconductores orgánicos e inorgánicos y las interfaces de dispositivos asociadas. Esta técnica demostró ser una gran herramienta educativa, ya que se introdujo en el curso de laboratorio de química inorgánica de nivel superior en la Universidad de Nebraska-Lincoln para introducir a los estudiantes a una variedad de conceptos importantes que van desde la síntesis de caliceal y el tamaño cuántico afecta a la fotovoltaica y la energía renovable.
No olvide que trabajar con productos a base de plomo y disolventes como hexano, ciclohexano o acetona puede ser extremadamente peligroso y precauciones como el uso de ropa de protección adecuada y ventilación adecuada siempre deben tomarse al realizar este procedimiento.
