O echipă de cercetători de la Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) și Humboldt-Universität zu Berlin a reușit pentru prima dată să producă diode emițătoare de lumină (LED-uri) dintr-un material semiconductor hibrid perovskit folosind imprimarea cu jet de cerneală. Acest lucru deschide ușa către aplicarea largă a acestor materiale în fabricarea multor tipuri diferite de componente electronice. Oamenii de știință au realizat descoperirea cu ajutorul unui truc: "inocularea" (sau însămânțarea) suprafeței cu cristale specifice.
Microelectronica utilizează diverse materiale funcționale ale căror proprietăți le fac potrivite pentru aplicații specifice. De exemplu, tranzistoarele și dispozitivele de stocare a datelor sunt fabricate din siliciu, iar majoritatea celulelor fotovoltaice utilizate pentru generarea de energie electrică din lumina soarelui sunt, de asemenea, fabricate în prezent din acest material semiconductor. În schimb, semiconductorii compuși, ar fi nitrura de galiu, sunt utilizați pentru a genera lumină în elemente optoelectronice, ar fi diodele emițătoare de lumină (LED-uri). Procesele de fabricație sunt, de asemenea, diferite pentru diferitele clase de materiale.
Transcenderea labirintului de materiale și metode
Materialele perovskite hibride promit simplificare – prin aranjarea componentelor organice și anorganice ale cristalului semiconductor într-o structură specifică. "Acestea pot fi utilizate pentru fabricarea tuturor tipurilor de componente microelectronice prin modificarea compoziției lor", spune prof. Emil List-Kratochvil, șeful unui grup comun de cercetare la HZB și Humboldt-Universität.
Mai mult, procesarea cristalelor de perovskit este relativ simplă. "Ele pot fi produse dintr-o soluție lichidă, astfel încât să puteți construi componenta dorită câte un strat la un moment dat direct pe substrat", explică fizicianul.
Primele celule solare de la o imprimantă cu jet de cerneală, acum și diode emițătoare de lumină
Oamenii de știință de la HZB au arătat deja în ultimii ani că celulele solare pot fi imprimate dintr-o soluție de compuși semiconductori - și sunt lideri mondiali în această tehnologie astăzi. Acum, pentru prima dată, echipa comună a HZB și HU Berlin a reușit să producă diode funcționale emițătoare de lumină în acest mod. Grupul de cercetare a folosit o halide metalice perovskite în acest scop. Acesta este un material care promite o eficiență deosebit de ridicată în generarea luminii - dar, pe de altă parte, este dificil de procesat.
"Până în prezent, nu a fost posibilă producerea acestor tipuri de straturi semiconductoare cu o calitate suficientă dintr-o soluție lichidă", spune List-Kratochvil. De exemplu, LED-urile ar putea fi imprimate doar din semiconductori organici, dar acestea oferă doar luminozitate modestă. Provocarea a fost să determinăm precursorul asemănător sării pe care l-am imprimat pe substrat să se cristalizeze rapid și uniform folosind un fel de atractor sau catalizator, explică omul de știință. Echipa a ales un cristal de semințe în acest scop: un cristal de sare care se atașează de substrat și declanșează formarea unei rețele pentru straturile ulterioare de perovskit.
Caracteristici optice și electronice semnificativ mai bune
În acest fel, cercetătorii au creat LED-uri imprimate care posedă o luminozitate mult mai mare și proprietăți electrice considerabil mai bune decât s-ar putea obține anterior folosind procese de fabricație aditive. Dar pentru List-Kratochvil, acest succes este doar un pas intermediar pe drumul către viitoarea micro- și optoelectronică care crede că se va baza exclusiv pe semiconductori perovskite hibride. "Avantajele oferite de o singură clasă de materiale universal aplicabile și un singur proces rentabil și simplu pentru fabricarea oricărui tip de componentă sunt izbitoare", spune omul de știință. Prin urmare, el intenționează să producă în cele din urmă toate componentele electronice importante în acest fel în laboratoarele HZB și HU Berlin.
