As principais vantagens desta técnica são que ela é bem adequada para deposição de grande área, prototipagem rápida e impressão por design, o que sugere alto potencial para fabricação roll-to-roll. Embora este sistema possa fornecer informações sobre fotovoltaica inorgânica, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como fotovoltaica orgânica ou biofísica. Demonstrando o procedimento de síntese química estará Mason McCormick, um estudante do laboratório Sinitsky.
Um procedimento de impressão será demonstrado por Dylan Richmond do laboratório Ilie. Para preparar o precursor do césio oleato adicione 0,203 gramas de carbonato de césio 10 mililitros de octadecene e 1.025 mililitros de ácido oleico a um frasco de fundo redondo de três pescoços contendo barra de agitação magnética de 2,54 centímetros. Coloque um termômetro em um dos pescoços do frasco traseiro redondo através de um septo de borracha.
Em seguida, coloque um septo de borracha em um dos pescoços restantes do frasco fundo redondo e conecte o terceiro pescoço à linha de gás nitrogênio através de uma linha Schlenk. Coloque a mistura sob atmosfera de nitrogênio. Aqueça a mistura a 150 graus celsius com agitação constante a uma velocidade de agitação de 399 milímetros por segundo até que o carbonato de césio se dissolva completamente.
Na sequência, diminua a temperatura para 100 graus celsius para evitar precipitação e decomposição do oleato de césio e continue mexendo a uma velocidade de agitação de 399 milímetros por segundo. Para preparar o precursor do brometo de chumbo oleylamina adicione 1,35 mililitros de brometo de chumbo 37,5 mililitros de octadecene 7,5 mililitros de olaylamina e 3,75 mililitros de ácido oleico a um frasco de fundo redondo de três pescoços contendo uma barra de agitação magnética. Em seguida coloque um termômetro em um dos pescoços do frasco fundo redondo e sela com filme de polímero.
Coloque um septo de borracha em um dos pescoços restantes do frasco fundo redondo e conecte o terceiro pescoço à linha de gás nitrogênio através de uma linha Schlenk. Coloque a mistura sob a atmosfera de nitrogênio. Aqueça a mistura a 100 graus celsius com agitação constante a uma velocidade de agitação de 599 milímetros por segundo até que o brometo de chumbo seja totalmente dissolvido.
Agora, aqueça a mistura a 170 graus celsius com agitação constante e observe a mudança de cor para amarelo escuro quando a temperatura atingir 170 graus celsius. Continue mexendo a 170 graus celsius. Usando uma seringa de vidro de dois mililitros com um extrato de agulha de calibre 18 de 10 centímetros de comprimento 1.375 mililitros de césio oleato precursor do frasco de fundo redondo de três pescoços.
Injete rapidamente este precursor no frasco de fundo redondo de três pescoços contendo o precursor do brometo de chumbo oleylamina. Depois de esperar cinco segundos, remova o frasco de fundo redondo de três pescoços do calor e mergulhe-o em um banho de água gelada. Separe a solução no frasco de fundo redondo de três pescoços igualmente em dois tubos de ensaio.
Adicione 25 mililitros de acetona a cada uma das soluções supernanantes. Em seguida, separe os pontos quânticos usando uma centrífuga a 2431,65G por cinco minutos em temperatura ambiente. Agora dissolva os pontos quânticos separados em 10 a 25 mililitros de ciclohexano.
Para garantir que as tintas imprimam no local desejado, desenhe uma linha reta na borda do disco e continue na bandeja do disco de CD. Coloque o substrato desejado sobre as imagens de tinta impressas no disco e conecte-a ao disco usando um adesivo, como fita dupla face. Antes de encher os cartuchos de tinta, certifique-se de que a tampa laranja esteja instalada corretamente na parte inferior do cartucho de tinta para evitar que a tinta derrame.
Usando uma pipeta, injete a tinta de ponto quântico preparada na parte superior do cartucho de tinta. Uma vez que o cartucho esteja preenchido à quantidade desejada de tinta, conecte a parte superior com o septo de borracha e remova cuidadosamente a tampa laranja. Em seguida, coloque o cartucho de tinta na cabeça da impressora e certifique-se de que está encaixando no lugar.
Em seguida, insira os cartuchos restantes antes de continuar para o próximo passo. Neste ponto, a impressora aceitará a bandeja de disco e imprimirá perovskites no substrato. Após a impressão é completa verifique se as tintas realmente impressas no substrato como entupimento é um problema comum.
Finalmente segure uma lâmpada UV sobre o substrato para verificar se a impressão foi bem sucedida e um filme luminescante é observado. A caracterização dos perovskites inorgânicos sintetizados é vital para confirmar a estrutura cristalina. Os resultados de defração de raios X indicam que as tintas quânticas de brometo de césio cristalina preparadas usando este protocolo mantêm uma estrutura de perovskite de temperatura ambiente ortomórbida após o processo de impressão do jato de tinta.
É sabido que as propriedades ópticas desses pontos quânticos perovskite inorgânicos são sensíveis ao tamanho do ponto quântico e à estequiometria dos átomos inorgânicos e halídeos. O perfil de fotoluminescência para brometo de chumbo de césio mostra um pico em torno de 520 nanômetros e o perfil de absorção óptica mostra um pico excitado em torno de 440 nanômetros. As medições de tensão de tensão e tensão de corrente foram tomadas para os filmes impressos em condições escuras e claras, como mostrado aqui.
Sob iluminação, o tipo medido aumentou linearmente e indica que os filmes são fototivos. Os filmes exibem capacidade muito baixa em condições escuras quando não há iluminação presente. Como pode ser visto aqui.
Sob iluminação leve, o viés zero medido de capacitância aumenta e é outra indicação de que os filmes são fototivos. Ao tentar este procedimento é importante lembrar de manter a cabeça da impressora e as juntas o mais limpa possível. Isso, em última análise, ditará a impressão bem sucedida.
Após este procedimento, outros métodos como microscopia da sonda e luminescência resolvida pelo tempo podem ser realizados a fim de responder a perguntas adicionais como o que é a terminação superficial e a morfologia superficial, e quais são as dinâmicas de recombinação exciton. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores das áreas de química, física e ciência material explorarem sistemas prontos e fotovoltaicos, compostos por materiais semicondutores orgânicos e inorgânicos e as interfaces de dispositivos associados. Esta técnica provou ser uma grande ferramenta educacional, pois foi introduzida no curso de laboratório de química inorgânica de nível superior da Universidade de Nebraska-Lincoln para introduzir os alunos a uma variedade de conceitos importantes que vão desde a síntese calíclica e os efeitos do tamanho quântico até a fotovoltaica e energia renovável.
Não se esqueça que trabalhar com produtos à base de chumbo e solventes como hexano, ciclohexano ou acetona pode ser extremamente perigoso e precauções como o uso de roupas de proteção adequadas e ventilação adequada devem ser sempre tomadas ao realizar este procedimento.
