Perovskite Synthese vun Ultrasonication
Ultraschall induzéiert a verstäerkt Reaktiounen bidden eng liicht, präzis kontrolléierbar a versatile Synthesemethod fir d'Produktioun vu liicht aktivéierte Materialien, déi dacks net duerch konventionell Technike virbereet ginn.
D'Ultraschallkristalliséierung an d'Ausfällung vu Perovskit-Kristalle ass eng héich effektiv a wirtschaftlech Technik, déi et erlaabt Perovskite Nanokristalle op industrieller Skala fir Masseproduktioun ze produzéieren.
Ultraschall Synthese vu Perovskite Nanokristalle
Organesch-anorganesch Bläihalogenid Perovskite weisen aussergewéinlech optoelektronesch Eegeschafte wéi héich Liichtabsorption, ganz laang Carrier Liewensdauer, Carrier Diffusiounslängt, an héich Carrier Mobilitéit, wat d'Perovskite Verbindungen e super funktionellt Material mécht fir héich performant Uwendungen a Solarpanneauen, LEDs. , Photodetektoren, Laser, etc.
Ultrasonication ass eng vun de kierperleche Methoden fir verschidde organesch Reaktiounen ze beschleunegen. De Kristalliséierungsprozess gëtt beaflosst a kontrolléiert duerch d'Ultraschallbehandlung, wat zu de kontrolléierbare Gréissteigenschaften vun den eenzelkristalline Perovskite Nanopartikelen resultéiert.
TEM Biller fir CH3nH3PbBr3 QDs (a) mat an (b) ouni Ultraschallbehandlung.
UIP2000hdT mat pressurizable Flux Zell Reakter
Fallstudien vun der Ultraschall Perovskite Synthese
Fuerschung huet villfälteg Aarte vun ultraschall assistéiert Perovskite Kristallwachstum gemaach. Am Allgemengen gi Perovskit-Kristalle mat der flëssege Wuesstumsmethod virbereet. Fir Perovskit-Kristalle auszeschléissen, gëtt d'Léisbarkeet vun den Zilprouwen lues a kontrolléiert reduzéiert an enger Virgängerléisung. Ultrasonic Nidderschlag vu Perovskite Nano-Kristalle baséiert haaptsächlech op engem Antisolvent-Quenching.
Ultraschall Kristalliséierung vu Perovskite Nanokristalle
Jang et al. (2016) bericht déi erfollegräich ultraschall assistéiert Synthese vu Bläihalogenid Perovskit Nanokristalle. Benotzt Ultraschall, APbX3 Perovskite Nanokristalle mat enger breet Palette vu Kompositioune, wou A = CH3nH3, Cs oder HN=CHNH3 (Formamidinium), an X = Cl, Br, oder I, goufen ausgefall. Ultraschall beschleunegt den Opléisungsprozess vun de Virgänger (AX a PbX2) am Toluen, an d'Opléisungsquote bestëmmt de Wuesstumsrate vun den Nanokristalle. Duerno huet d'Fuerschungsteam héichempfindlech Photodetektore fabrizéiert andeems d'uniform Gréisst Nanokristalle op grousser Fläch Siliziumoxid-Substrate homogen Spinnbeschichtung hunn.
Partikelgréisst Verdeelunge vu CH3NH3PbBr3 (a) mat an (b) ouni Ultraschallbehandlung.
Chen et al. 2017
Ultraschall asymmetresch Kristalliséierung vu Perovskite
Peng et al. (2016) entwéckelt nei Wuesstumsmethod baséiert op enger Kavitatioun ausgeléist asymmetrescher Kristalliséierung (CTAC), déi heterogen Nukleatioun fördert andeems se genuch Energie ubidden fir d'Nukleatiounsbarriär ze iwwerwannen. Kuerz gesot, si hunn e ganz kuerzen Ultraschallimpulsen (≈ 1sec) an d'Léisung agefouert, wann et e nidderegen Iwwersaturatiounsniveau mat Antisolvent Dampdiffusioun erreecht huet. Den Ultraschallpuls gëtt bei héijen Iwwersaturatiounsniveauen agefouert, wou Kavitatioun exzessiv Nukleatiounsevenementer ausléist an dofir de Wuesstum vun enger Onmass vu klenge Kristalle. Verspriechend, MAPbBr3 Monokristallin Filmer gewuess op der Uewerfläch vu verschiddene Substrate bannent e puer Stonnen vun der zyklescher Ultraschallbehandlung.
Ultrasonic Synthese vu Perovskite Quantum Dots
Chen et al. (2017) presentéieren an hirer Fuerschung eng effizient Method fir Perovskite Quante Punkten (QDs) ënner Ultraschallbestrahlung ze preparéieren. Ultrasonication gëtt als mechanesch Method benotzt fir d'Ausfällung vu Perovskite Quantepunkter ze beschleunegen. De Kristalliséierungsprozess vun de Perovskite Quantepunkte gëtt verstäerkt a kontrolléiert duerch d'Ultraschallbehandlung, wat zu der präzis ugepasste Gréisst vun den Nanokristalle resultéiert. D'Analyse vun der Struktur, der Partikelgréisst an der Morphologie vun de Perovskite Quantepunkten huet gewisen datt d'Ultraschallkristalliséierung eng méi kleng Partikelgréisst an eng méi eenheetlech Partikelgréisstverdeelung gëtt. Mat der Ultraschall (= sonochemescher) Synthese war et och méiglech Perovskite Quantepunkte mat verschiddene chemesche Kompositioune ze produzéieren. Déi verschidde Kompositioune an de Perovskit-Kristalle hunn et erlaabt Emissiounspeaks an Adsorptiounskante vum CH net z'erreechen3nH3PbX3 (X = Cl, Br an I), wat zu engem extrem breede Faarfpalette gefouert huet.
Ultrasonic Dispersioun
Ultrasonication vun Nano-Partikelsuspensioune an Tënten ass eng zouverlässeg Technik fir se homogen ze verdeelen ier Dir d'Nano-Suspension op Substrate wéi Gitter oder Elektroden applizéiert. (cf. Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
D'Ultraschalldispersioun handhabt liicht héich fest Konzentratioune (zB Paste) a verdeelt Nanopartikelen an eenzel dispergéiert Partikelen, sou datt eng eenheetlech Suspension produzéiert gëtt. Dëst garantéiert datt an der spéider Uwendung, wann de Substrat beschichtet ass, keng Klumpen wéi Agglomeraten d'Leeschtung vun der Beschichtung behënnert.
Ultrasonic Dispersioun preparéiert eenheetlech Nano-Gréisst Suspensionen: gréng Curve – virun sonication / rout Kéier no sonication
Ultrasonic Prozessoren fir Perovskite Nidderschlag
Hielscher Ultrasonics designt a fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Systemer fir d'sonochemesch Synthese vu qualitativ héichwäerteg Perovskite-Kristalle. Als Maartleader a mat laangjäreger Erfahrung an der Ultraschallveraarbechtung hëlleft Hielscher Ultrasonics seng Clienten aus dem éischte Machbarkeettest fir d'Optimisatioun vun der Veraarbechtung bis zur leschter Installatioun vun industriellen Ultraschallveraarbechter fir grouss Skala Produktioun. Bitt de komplette Portfolio vu Labo a Bench-Top Ultrasonicatoren bis zu industriellen Ultraschallprozessoren, Hielscher kann Iech den ideale Apparat fir Ären Nanokristallprozess empfeelen.
All Hielscher Ultraschaller si präzis kontrolléierbar a kënne vu ganz niddereg bis ganz héich Amplituden ofgestëmmt ginn. D'Amplitude ass ee vun den Haaptfaktoren, déi den Impakt an d'Zerstéierung vun de Sonikatiounsprozesser beaflossen. Hielscher Ultrasonics’ Ultraschallprozessoren liwweren e ganz breet Spektrum vun Amplituden déi d'Gamme vu ganz mëllen a mëllen bis ganz intensiven an zerstéierende Uwendungen ofdecken. Wiel vun der richteger Amplitude-Astellung, Booster a Sonotrode erlaabt den erfuerderlechen Ultraschall-Auswierkunge fir Äre spezifesche Prozess ze setzen. Hielscher's spezielle Flowzellreaktor-Insert MPC48 – MultiPhaseCavitator (kuckt Bild lénks) – erlaabt d'zweet Phase iwwer 48 Kanulen als dënn Belaaschtung an de kavitationalen Hotspot ze sprëtzen, wou héich performant Ultraschallwellen déi zwou Phasen an eng homogen Mëschung verdeelen. De MultiPhaseCavitator ass ideal fir Kristallsaatpunkten ze initiéieren an d'Nidderschlagsreaktioun vu Perovskite Nanokristalle ze kontrolléieren.
Hielscher industriell Ultraschallprozessoren kënnen aussergewéinlech héich Amplituden liwweren. Amplituden vu bis zu 200µm kënne ganz einfach kontinuéierlech a 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar. D'Robustitéit vun der Hielscher Ultraschallausrüstung erlaabt 24/7 Operatioun bei schwéierer Pflicht an an usprochsvollen Ëmfeld.
Eis Clientë sinn zefridden mat der aussergewéinlecher Robustheet an Zouverlässegkeet vun den Hielscher Ultrasonic Systemer. D'Installatioun a Felder vun der schwéierer Applikatioun, erfuerderlechen Ëmfeld an 24/7 Operatioun suergt fir effizient a wiertschaftlech Veraarbechtung. Ultrasonic Prozessintensivéierung reduzéiert d'Veraarbechtungszäit an erreecht besser Resultater, also méi héich Qualitéit, méi héich Ausbezuelen, innovativ Produkter.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Héich-Muecht ultrasonic homogenizers aus Labo zu pilot an industriell Skala.
Literatur / Referenzen
- Raphaëlle Belchi; Aurélie Habert; Eddy Foy; Alexandre Gheno; Sylvain Vedraine; Rémi Antony; Bernard Ratier; Johann Bouclé; Nathalie Herlin-Boimecor (2019): One-Step Synthesis of TiO2/Graphene Nanocomposites by Laser Pyrolysis with Well-Controlled Properties and Application in Perovskite Solar Cells. ACS Omega. 2019 Jul 31; 4(7): 11906–11913.
- Dong Myung Jang, Duk Hwan Kim, Kidong Park, Jeunghee Park, Jong Woon Lee, Jae Kyu Song (2016): Ultrasound synthesis of lead halide perovskite nanocrystals. Journal of Materials Chemistry C. Issue 45, 2016.
- Lung-Chien Chen, Zong-Liang Tseng, Shih-You Chen, Shengyi Yang (2017): An ultrasonic synthesis method for high-luminance perovskite quantum dots. Cermaics international 43, 2017. 16032-16035.
- Birgit Pichler; Kurt Mayer; Prof. Viktor Hacker (2018): Long‐Term Operation of Perovskite‐Catalyzed Bifunctional Air Electrodes in Rechargeable Zinc‐Air Flow Batteries. Batteries & Supercaps Vol. 2, Issue 4, April 2019. 387-395.
- Wei Peng, Lingfei Wang, Banavoth Murali, Kang-Ting Ho, Ashok Bera, Namchul Cho, Chen-Fang Kang, Victor M. Burlakov, Jun Pan, Lutfan Sinatra, Chun Ma, Wei Xu, Dong Shi, Erkki Alarousu, Alain Goriely, Jr-Hau He, Omar F. Mohammed, Tom Wu, Osman M. Bakr (2016): Solution-Grown Monocrystalline Hybrid Perovskite Films for Hole-Transporter-Free Solar Cells. Advanced Materials 2016.
Fakten Worth Wëssen
perovskite
Perovskite ass e Begrëff deen de Mineral Perovskite beschreift (och bekannt als Kalzium Titanoxid oder Kalziumtitanat, chemesch Formel CaTiO3) souwéi eng spezifesch Materialstruktur. Am Aklang mam selwechten Numm huet de Mineral Perovskite d'Perovskite Struktur.
Perovskite Verbindunge kënnen a kubescher, tetragonaler oder orthorhombescher Struktur optrieden an hunn d'chemesch Formel ABX3. A a B si Kationen, wärend X en Anion duerstellt, deen u béid verbënnt. A Perovskitverbindungen ass d'A-Kation wesentlech méi grouss wéi d'B-Kation. Aner Mineralstoffer mat Perovskit Struktur sinn Loparite a Bridgmanite.
Perovskites hunn eng eenzegaarteg Kristallstruktur an an dëser Struktur kënne verschidde chemesch Elementer kombinéiert ginn. Wéinst der spezieller Kristallstruktur kënne Perovskit-Moleküle verschidde wäertvoll Eegeschafte weisen, sou wéi Superleitung, ganz héich Magnetoresistenz an / oder Ferroelektrizitéit, déi dës Verbindunge ganz interessant fir industriell Uwendungen maachen. Ausserdeem kënnen eng grouss Zuel vu verschiddenen Elementer kombinéiert ginn fir Perovskite Strukturen ze bilden, wat et méiglech mécht, verschidde Materialeigenschaften ze kombinéieren, z'änneren an ze verstäerken. Fuerscher, Wëssenschaftler a Prozessentwéckler benotzen dës Optiounen fir selektiv perovskite kierperlech, optesch an elektresch Charakteristiken ze designen an ze optimiséieren.
Hir optoelektronesch Eegeschafte maachen Hybrid Perovskiten ideal Kandidaten fir Solarzellanwendungen a Perovskite Solarzellen sinn eng villverspriechend Technologie, déi hëllefe kéint fir grouss Quantitéiten u propper, ëmweltfrëndlech Energie ze produzéieren.
Kritesch optoelektronesch Parameter vum Eenkristallin Perovskit an der Literatur gemellt:
τs = 28 ns τb = 300 ns PL
1,3-4,3 µm3 × 1010MAPbI31.51 eV 820 nm67.2 (SCLC)
τs = 18 ns τb = 570 ns PL
1,8–10,0 µm1,4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25 Lach Mobilitéit (SCLC) 105 Lach Mobilitéit (Hall) 24 ± 6,8 Elektronen SCLC
82 ± 5 µs TPV 95 ± 8 µs Impedanzspektroskopie (IS)9 × 109 p175 ± 25 µm3,6 × 1010 fir Lach 34,5 × 1010 fir elektronMAPbI31.53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 p
1,8 × 109 fir Lach 4,8 × 1010 fir elektronMAPbBr31.53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 p
1,8 × 109 fir Lach 4,8 × 1010 fir elektronMAPbBr32.24 eV 537 nm4.36 Hall
3,87 × 1012 p
2,6 × 1010 fir Lach 1,1 × 1011 fir elektronMAPbCl32.24 eV 537 nm4.36 Hall
3,87 × 1012 p
2,6 × 1010 fir Lach 1,1 × 1011 fir elektronMAPbCl32.97 eV 402 nm179 Hall
5,1 × 109 N
MAPbCl32,88 eV 440 nm42 ± 9 (SCLC) 2,7 × 10-8τs = 83 ns τb = 662 ns PL4.0 × 109 p3,0–8,5 µm3,1 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 Lach Mobilitéit SCLC1,8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materialien | Band Spalt oder Absorptioun Ufank | Mobilitéit [cm2 V-1 s-1] | Conductance [Ω-1 cm-1] | Carrier Liewensdauer a Method | Carrier Konzentratioun an Typ [cm-3] (n oder p) | Diffusioun Längt | Trap Dicht [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2.21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20–60 (Hall) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τb = 457 ns (PL) | 5x109 op 5x1010 p | 3-17 µm | 5,8 × 109 |