I principali vantaggi di questa tecnica sono che è adatta per la deposizione di grandi aree, la prototipazione rapida e la stampa per progettazione, il che suggerisce un alto potenziale per la produzione roll-to-roll. Sebbene questo sistema possa fornire informazioni sul fotovoltaico inorganico, può anche essere applicato ad altri sistemi come il fotovoltaico organico o la biofisica. A dimostrare la procedura di sintesi chimica sarà Mason McCormick, un laureato del laboratorio Sinitsky.
Una procedura di imprinting sarà dimostrata da Dylan Richmond del laboratorio Ilie. Per preparare il precursore dell'oleato di cesio aggiungere 0,203 grammi di carbonato di cesio 10 millilitri di octadecene e 1,025 millilitri di acido oleico a un pallone a fondo rotondo a tre colli contenente una barra di agitazione magnetica di 2,54 centimetri. Posizionare un termometro in uno dei colli del pallone inferiore rotondo tramite un setto di gomma.
Quindi, posizionare un setto di gomma in uno dei colli rimanenti del pallone inferiore rotondo e attaccare il terzo collo alla linea del gas azoto tramite una linea Schlenk. Posizionare la miscela in atmosfera di azoto. Scaldare la miscela a 150 gradi celsius con agitazione costante a una velocità di agitazione di 399 millimetri al secondo fino a quando il carbonato di cesio si dissolve completamente.
In seguito si abbassa la temperatura a 100 gradi celsius per evitare precipitazioni e decomposizioni dell'oleato di cesio e continuare a mescolare a una velocità di agitazione di 399 millimetri al secondo. Per preparare il precursore del bromuro di piombo oleylamina aggiungere 1,35 millimoli di bromuro di piombo 37,5 millilitri di octadecene 7,5 millilitri di otalammina e 3,75 millilitri di acido oleico in un pallone a tre colli sul fondo rotondo contenente una barra di agitazione magnetica. Quindi posizionare un termometro in uno dei colli del pallone inferiore rotondo e sigillare con pellicola polimerica.
Posizionare un setto di gomma in uno dei colli rimanenti del pallone inferiore rotondo e attaccare il terzo collo alla linea del gas azoto tramite una linea Schlenk. Posizionare la miscela in atmosfera di azoto. Riscaldare la miscela a 100 gradi celsius con agitazione costante a una velocità di agitazione di 599 millimetri al secondo fino a quando il bromuro di piombo non è completamente sciolto.
Ora, riscaldare la miscela a 170 gradi celsius con agitazione costante e osservare il cambiamento di colore in giallo scuro una volta che la temperatura raggiunge i 170 gradi Celsius. Continuare a mescolare a 170 gradi celsius. Utilizzando una siringa di vetro a due millilitri con un estratto di ago di 18 calibro lungo 10 centimetri 1.375 millilitri di precursore dell'oleato di cesio dal pallone inferiore rotondo a tre colli.
Iniettare rapidamente questo precursore nel pallone rotondo a tre colli contenente il precursore del bromuro di piombo oleylamina. Dopo aver aspettato cinque secondi rimuovere il pallone rotondo a tre colli dal fuoco e immergerlo in un bagno d'acqua ghiacciata. Separare equamente la soluzione nel pallone inferiore rotondo a tre colli in due provette.
Aggiungere 25 millilitri di acetone a ciascuna delle soluzioni supernatanti. Quindi, separare i punti quantici usando una centrifuga a 2431,65G per cinque minuti a temperatura ambiente. Ora sciogliere i punti quantici separati in 10-25 millilitri di cicloesano.
Per assicurarsi che gli inchiostri vengano stampati nella posizione desiderata, disegnare una linea retta sul bordo del disco e continuare sul vassoio del disco CD. Posizionare il substrato desiderato sulle immagini a inchiostro stampate sul disco e collegarlo al disco utilizzando un adesivo come il nastro a doppia mano. Prima di riempire le cartucce d'inchiostro assicurarsi che il coperchio arancione sia installato correttamente sul fondo della cartuccia d'inchiostro per evitare che l'inchiostro si estrae.
L'uso di una pipetta inietta l'inchiostro a punti quantico preparato nella parte superiore della cartuccia d'inchiostro. Una volta riempita la cartuccia alla quantità desiderata di inchiostro, collegare la parte superiore con il setto di gomma e rimuovere con cura il coperchio arancione. Posizionare quindi la cartuccia d'inchiostro nella testina della stampante e assicurarsi che sia ancorata.
Quindi inserire le cartucce rimanenti prima di continuare al passaggio successivo. A questo punto la stampante accetterà il vassoio del disco e stamperà i perovskiti sul substrato. Al termine della stampa verificare che gli inchiostri effettivamente stampati sul substrato come intasamento siano un problema comune.
Infine tenere una lampada UV sul substrato per verificare se la stampa ha avuto successo e si osserva una pellicola luminescenza. La caratterizzazione delle perovskiti inorganiche sintetizzata è vitale per confermare la struttura cristallina. I risultati della defrazione a raggi X indicano che gli inchiostri a punti quantici di bromuro di cesio cristallino preparati utilizzando questo protocollo mantengono una struttura ortorombica di perovskite a temperatura ambiente dopo il processo di stampa a getto d'inchiostro.
È noto che le proprietà ottiche di questi punti quantici inorganici perovskiti sono sensibili alle dimensioni quantistiche dei punti e alla stechiometria degli atomi inorganici e alogenuri. Il profilo di fotoluminescenza per il bromuro di piombo al cesio mostra un picco di circa 520 nanometri e il profilo di assorbimento ottico mostra un picco eccitonico di circa 440 nanometri. Le misurazioni della tensione di corrente e della tensione di capacità sono state effettuate per le pellicole stampate in condizioni di buio e luce, come mostrato qui.
Sotto illuminazione il tipo misurato è aumentato linearmente e indica che le pellicole sono fotoattive. I film mostrano una capacità molto bassa in condizioni di buio quando non è presente alcuna illuminazione. Come si può vedere qui.
Sotto l'illuminazione della luce la capacità misurata a distorsione zero aumenta ed è un'altra indicazione che le pellicole sono fotoattive. Durante il tentativo di questa procedura è importante ricordare di mantenere sia la testa della stampante che le guarnizioni il più pulite possibile. Questo alla fine determinerà una stampa di successo.
Seguendo questa procedura possono essere eseguiti altri metodi come la microscopia a sonda e la luminescenza risolta nel tempo al fine di rispondere a domande aggiuntive come qual è la terminazione superficiale e la morfologia della superficie e quali sono le dinamiche di ricombinazione dell'eccitone. Dopo lo sviluppo questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nei campi della chimica, della fisica e della scienza dei materiali per esplorare sistemi fotovoltaici pronti per il rollio, composti da materiali semiconduttori organici e inorganici e dalle interfacce dei dispositivi associati. Questa tecnica si è rivelata un grande strumento educativo in quanto è stata introdotta nel corso di laboratorio di chimica inorganica di livello superiore presso l'Università del Nebraska-Lincoln per introdurre gli studenti a una varietà di concetti importanti che vanno dalla sintesi caliceale e le dimensioni quantistiche influenzano al fotovoltaico e alle energie rinnovabili.
Non dimenticare che lavorare con prodotti e solventi a base di piombo come esano, cicloesano o acetone può essere estremamente pericoloso e precauzioni come l'uso di indumenti protettivi adeguati e una corretta ventilazione devono sempre essere prese quando si esegue questa procedura.
