Zespół naukowców z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) i Humboldt-Universität zu Berlin po raz pierwszy udało się wyprodukować diody elektroluminescencyjne (LED) z hybrydowego perowskitowego półprzewodnikowego materiału przy użyciu druku atramentowego. Otwiera to drzwi do szerokiego zastosowania tych materiałów w produkcji wielu różnych rodzajów komponentów elektronicznych. Naukowcy osiągnęli przełom za pomocą sztuczki: "zaszczepienie" (lub wysiew) powierzchni za pomocą określonych kryształów.
Mikroelektronika wykorzystuje różne materiały funkcjonalne, których właściwości sprawiają, że nadają się do konkretnych zastosowań. Na przykład tranzystory i urządzenia do przechowywania danych są wykonane z krzemu, a większość ogniw fotowoltaicznych wykorzystywanych do wytwarzania energii elektrycznej ze światła słonecznego jest obecnie wykonana z tego materiału półprzewodnikowego. Natomiast półprzewodniki złożone, takie jak azotek galu, są używane do wytwarzania światła w elementach optoelektronicznych, takich jak diody elektroluminescencyjne (LED). Procesy produkcyjne różnią się również dla różnych klas materiałów.
Przekraczanie labiryntu materiałów i metod
Hybrydowe materiały perowskitowe obiecują uproszczenie – poprzez aranżację organicznych i nieorganicznych składników półprzewodnikowego kryształu w określonej strukturze. "Mogą być używane do produkcji wszelkiego rodzaju komponentów mikroelektronicznych poprzez modyfikację ich składu", mówi prof. Emil List-Kratochvil, szef Wspólnej Grupy Badawczej w HZB i Humboldt-Universität.
Co więcej, przetwarzanie kryształów perowskitów jest stosunkowo proste. "Mogą być wytwarzane z roztworu płynnego, dzięki czemu można zbudować żądany składnik po jednej warstwie naraz bezpośrednio na podłożu", wyjaśnia fizyk.
Pierwsze ogniwa słoneczne z drukarki atramentowej, teraz diody emitujące światło
Naukowcy z HZB wykazali już w ostatnich latach, że ogniwa słoneczne mogą być drukowane z roztworu związków półprzewodnikowych – i są światowymi liderami w tej technologii. Teraz po raz pierwszy wspólnemu zespołowi HZB i HU Berlin udało się w ten sposób wyprodukować funkcjonalne diody elektroluminescencyjne. Grupa badawcza użyła do tego celu perowskitu metali halogenku. Jest to materiał, który obiecuje szczególnie wysoką wydajność w wytwarzaniu światła , ale z drugiej strony jest trudny do przetworzenia.
"Do tej pory nie było możliwe wytwarzanie tego rodzaju warstw półprzewodnikowych o wystarczającej jakości z roztworu płynnego", mówi List-Kratochvil. Na przykład diody LED mogą być drukowane tylko z półprzewodników organicznych, ale zapewniają one tylko niewielką jasność. "Wyzwaniem było to, jak sprawić, by prekursor soli, który wydrukowaliśmy na podłożu, krystalizować się szybko i równomiernie za pomocą jakiegoś atraktora lub katalizatora", wyjaśnia naukowiec. Zespół wybrał w tym celu kryształ nasion: kryształ soli, który przywiązuje się do podłoża i wyzwala tworzenie się siatki dla kolejnych warstw perowskitowych.
Znacznie lepsze właściwości optyczne i elektroniczne
W ten sposób naukowcy stworzyli drukowane diody LED, które mają znacznie większą jasność i znacznie lepsze właściwości elektryczne niż można było wcześniej osiągnąć za pomocą procesów produkcji addytywnej. Ale dla List-Kratochvil, ten sukces jest tylko pośredni krok na drodze do przyszłych mikro- i optoelektroniki, że jego zdaniem będzie opierać się wyłącznie na hybrydowych półprzewodników perowskitowych. "Zalety oferowane przez jedną powszechnie stosowaną klasę materiałów oraz jeden opłacalny i prosty proces produkcji każdego rodzaju komponentów są uderzające", mówi naukowiec. W związku z tym planuje w ten sposób wyprodukować wszystkie ważne komponenty elektroniczne w laboratoriach HZB i HU Berlin.
