首頁
| /
應(yīng)用
應(yīng)用

功能器件

生命科學(xué)

醫(yī)療器械

顯示器件

光學(xué)器件

光伏器件

基礎(chǔ)理化研究

特種噴印裝備
| /
技術(shù)
技術(shù)

飛升 fL

皮升 pL

納升 nL - 微升 μL
| /
產(chǎn)品
產(chǎn)品

EHD電流體噴墨打印系統(tǒng)

RUIDU RD-EHD100
RUIDU RD-EHD200
Inkjet噴墨打印系統(tǒng)

MicroFab Jetlab 4
MicroFab Jetlab II
| /
服務(wù)
| /
關(guān)于睿度
| /
新聞資訊

通過反溶劑噴墨打印直接生長(zhǎng)和圖案化單晶鈣鈦礦

2023-03-10 17:14 睿度光電RUIDU

二維碼

香港城市大學(xué)何志浩和臺(tái)灣大學(xué)廖英志教授團(tuán)隊(duì)使用MicroFab納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)Jetlab 4，建立了一種雙噴頭噴墨打印方法，將鈣鈦礦前體和反溶劑直接混合用于鈣鈦礦單晶圖案。邊緣沉積策略用于**化液滴之間的接觸面積，并且可以有效地控制晶體生長(zhǎng)的成核位置。晶粒尺寸達(dá)500μm的單晶可在10分鐘內(nèi)快速生產(chǎn)，無需襯底預(yù)處理或復(fù)雜的溫度控制。

介紹

有機(jī)-無機(jī)混合鹵化物鈣鈦礦由于其廣泛的吸收范圍、優(yōu)異的載流子長(zhǎng)距離傳輸和超熒光而成為最受研究的材料之一，因此已廣泛用于各種光電應(yīng)用，如太陽能電池、光電探測(cè)器、晶體管、激光、發(fā)光二極管、和顯示器設(shè)備。通過向飽和鈣鈦礦溶液中加入可混溶的反溶劑，可以有效降低溶質(zhì)溶解度，并導(dǎo)致快速沉淀或快速結(jié)晶。為了生長(zhǎng)單晶，有必要開發(fā)一種具有可調(diào)節(jié)打印參數(shù)的方法，以控制鈣鈦礦前體液滴上反溶劑的碰撞動(dòng)力學(xué)中的成核條件。如圖1所示。

▲ 圖1 （a）通過噴墨打印在玻璃上沉積的大液滴的蒸發(fā)結(jié)晶過程。（b）在室溫下，溶劑蒸發(fā)后，打印的前體液滴（直徑120μm）和光學(xué)圖像在各種基材上的接觸角。（c）不同直徑沉積液滴的晶體數(shù)量。

香港城市大學(xué)何志浩和臺(tái)灣大學(xué)廖英志教授團(tuán)隊(duì)建立了一種雙噴頭抗溶劑噴墨打印方法，以控制鈣鈦礦單晶形成的成核位置。通過在固著前體液滴邊緣打印反溶劑液滴，在精確位置快速制備單晶。如圖2所示。

▲ 圖2 （a）在打印抗溶劑液滴后，鈣鈦礦固著液滴在玻璃上聚結(jié)結(jié)晶過程和快照。（b）晶體數(shù)量隨偏移距離的變化。（c）不同基材上晶體數(shù)量隨前體液滴尺寸的變化。

除了成核位置控制外，可控的晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)對(duì)單晶形成也至關(guān)重要。為了進(jìn)一步研究鈣鈦礦單晶的晶體成核和生長(zhǎng)過程，本文使用LaMer圖來區(qū)分結(jié)晶過程。結(jié)晶過程通?？煞譃槿齻€(gè)區(qū)域：成核、生長(zhǎng)和平衡。由圖3可知，由于反溶劑引起的高過飽和度，晶體生長(zhǎng)也比傳統(tǒng)蒸發(fā)方法快得多。過飽和晶體沉積方法的生長(zhǎng)指數(shù)接近2，這意味著理想的大晶體生長(zhǎng)，幾乎沒有缺陷。當(dāng)前驅(qū)體體積增加到100nL時(shí)，可以產(chǎn)生**500μm的晶體尺寸。因此，通過這種抗溶劑噴墨印刷方法可以有效地生產(chǎn)單晶鈣鈦礦。除了晶體尺寸控制，雙噴嘴抗溶劑噴墨打印方法還通過調(diào)整噴墨打印參數(shù)，為晶體生長(zhǎng)方向、沉積位置和圖案形成提供了靈活性，而無需漫長(zhǎng)的光刻和蝕刻工藝。

▲ 圖3 根據(jù)（a）蒸發(fā)法和（b）反溶劑凝聚法的粒度變化得出的生長(zhǎng)指數(shù)。（c）蒸發(fā)法和（d）反溶劑凝聚法的**晶體尺寸。晶體沿（e）垂直方向和（f）水平面生長(zhǎng)。

噴墨打印技術(shù)在特定方向上提供了可控的晶體生長(zhǎng)過程，而不使用溫度梯度或空間限制，例如沉積的液體量或噴嘴打印速度。雙噴嘴噴墨打印方法也是創(chuàng)建具有可控晶粒尺寸的設(shè)計(jì)圖案的良好打印工具。如圖4a所示，除了二維圖案，還可以創(chuàng)建三維幾何圖形。由MAPbBr₃晶體柱組成的柱狀陣列的直徑為～500μm，與文獻(xiàn)中的直徑相比要大得多。

▲ 圖4 （a） “NTU”單晶鈣鈦礦陣列的熒光圖像。（b）面板（a）的放大部分。（c）QR碼。（d）“PPTLAB”圖案。（e）面板（d）的放大的部分，以及（f）NTU單晶鈣鈦礦陣列3D棒狀陣列。

結(jié)論

香港城市大學(xué)何志浩和臺(tái)灣大學(xué)廖英志教授團(tuán)隊(duì)使用MicroFab納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)Jetlab 4，建立了一種雙噴頭噴墨打印方法，以精確控制單晶鈣鈦礦的生長(zhǎng)方向和圖案。為了**化接觸面積，將抗溶劑液滴滴在前體固著液滴的邊緣，形成單個(gè)成核位點(diǎn)，生成的核可以在沒有任何襯底的情況下生長(zhǎng)成500μm的單晶；用反溶劑方法生長(zhǎng)的晶體具有理想的生長(zhǎng)過程，生長(zhǎng)速度更快。研究結(jié)果顯示出直接打印單晶鈣鈦礦圖案的能力，并展示了反溶劑噴墨打印方法用于電子和光電子器件制造的的可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1] Shiuan-Ying Peng, Kai-Wen Chuang, Jr-Hau He, and Ying-Chih Liao, Direct Growth and Patterning of Single-Crystal Perovskites via Antisolvent Inkjet Printing[J]. ACS Applied Electronic Materials 2022 4 (11), 5468-5474.