Μια ομάδα ερευνητών από το Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) και το Humboldt-Universität zu Berlin πέτυχε για πρώτη φορά στην παραγωγή διόδων εκπομπής φωτός (LED) από υβριδικό υλικό ημιαγωγού perovskite χρησιμοποιώντας εκτύπωση inkjet. Αυτό ανοίγει την πόρτα για ευρεία εφαρμογή αυτών των υλικών στην κατασκευή πολλών διαφορετικών ειδών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Οι επιστήμονες πέτυχαν την ανακάλυψη με τη βοήθεια ενός κόλπου:&«εμβολιασμός GG»; (ή σπορά) την επιφάνεια με συγκεκριμένους κρυστάλλους.
Η μικροηλεκτρονική χρησιμοποιεί διάφορα λειτουργικά υλικά των οποίων οι ιδιότητες τα καθιστούν κατάλληλα για συγκεκριμένες εφαρμογές. Για παράδειγμα, τα τρανζίστορ και οι συσκευές αποθήκευσης δεδομένων κατασκευάζονται από πυρίτιο, και τα περισσότερα φωτοβολταϊκά στοιχεία που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το φως του ήλιου κατασκευάζονται επίσης από αυτό το υλικό ημιαγωγών. Αντίθετα, οι σύνθετοι ημιαγωγοί όπως το νιτρίδιο του γαλλίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή φωτός σε οπτοηλεκτρονικά στοιχεία όπως δίοδοι εκπομπής φωτός (LED). Οι διαδικασίες κατασκευής είναι επίσης διαφορετικές για τις διάφορες κατηγορίες υλικών.
Υπερβαίνοντας το λαβύρινθο των υλικών και των μεθόδων
Τα υβριδικά υλικά υπεροσκίτη υπόσχονται απλοποίηση - με την τακτοποίηση των οργανικών και ανόργανων συστατικών του ημιαγωγού κρυστάλλου σε μια συγκεκριμένη δομή.&«Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή όλων των ειδών μικροηλεκτρονικών εξαρτημάτων τροποποιώντας τη σύνθεσή τους GG», λέει ο καθηγητής Emil List-Kratochvil, επικεφαλής μιας κοινής ερευνητικής ομάδας στην HZB και Humboldt-Universität.
Επιπλέον, η επεξεργασία κρυστάλλων περοβσκίτη είναι σχετικά απλή.&«Μπορούν να παραχθούν από ένα υγρό διάλυμα, έτσι μπορείτε να χτίσετε το επιθυμητό συστατικό ένα στρώμα κάθε φορά απευθείας στο υπόστρωμα GG», εξηγεί ο φυσικός.
Τα πρώτα ηλιακά κύτταρα από έναν εκτυπωτή inkjet, τώρα και δίοδοι εκπομπής φωτός
Οι επιστήμονες στο HZB έχουν ήδη δείξει τα τελευταία χρόνια ότι τα ηλιακά κύτταρα μπορούν να εκτυπωθούν από μια λύση ενώσεων ημιαγωγών - και είναι παγκοσμίως πρωτοπόροι σε αυτήν την τεχνολογία σήμερα. Τώρα για πρώτη φορά, η κοινή ομάδα των HZB και HU Berlin κατάφερε να παράγει λειτουργικές διόδους εκπομπής φωτός με αυτόν τον τρόπο. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα μεταλλικό υπεροβσκίτη αλογονιδίου για το σκοπό αυτό. Αυτό είναι ένα υλικό που υπόσχεται ιδιαίτερα υψηλή απόδοση στην παραγωγή φωτός - αλλά από την άλλη πλευρά είναι δύσκολο να επεξεργαστεί.
GG «Μέχρι τώρα, δεν ήταν δυνατό να παραχθούν τέτοιου είδους στρώματα ημιαγωγών με επαρκή ποιότητα από ένα υγρό διάλυμα GG», λέει ο List-Kratochvil. Για παράδειγμα, τα LED θα μπορούσαν να εκτυπωθούν μόνο από οργανικούς ημιαγωγούς, αλλά παρέχουν μόνο μέτρια φωτεινότητα.&«Η πρόκληση ήταν πώς να κάνουμε τον πρόδρομο που μοιάζει με αλάτι που τυπώσαμε στο υπόστρωμα να κρυσταλλωθεί γρήγορα και ομοιόμορφα χρησιμοποιώντας κάποιο είδος ελκυστικού ή καταλύτη GG», εξηγεί ο επιστήμονας. Η ομάδα επέλεξε έναν κρύσταλλο σπόρου για αυτό το σκοπό: έναν κρύσταλλο αλατιού που προσκολλάται στο υπόστρωμα και ενεργοποιεί το σχηματισμό ενός πλέγματος για τα επόμενα στρώματα περοβσκίτη.
Σημαντικά καλύτερα οπτικά και ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά
Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές δημιούργησαν έντυπα LED που διαθέτουν πολύ μεγαλύτερη φωτεινότητα και πολύ καλύτερες ηλεκτρικές ιδιότητες από ότι θα μπορούσαν να επιτευχθούν προηγουμένως με τη χρήση πρόσθετων διαδικασιών κατασκευής. Όμως για την List-Kratochvil, αυτή η επιτυχία είναι μόνο ένα ενδιάμεσο βήμα στο δρόμο για μελλοντικά μικρο- και οπτικοηλεκτρονικά που πιστεύει ότι θα βασίζεται αποκλειστικά σε υβριδικούς ημιαγωγούς υπεροβσκίτη.&«Τα πλεονεκτήματα που προσφέρονται από μια ενιαία καθολικά εφαρμόσιμη κατηγορία υλικών και μια απλή οικονομική και απλή διαδικασία για την κατασκευή κάθε είδους συστατικών είναι εντυπωσιακά GG», λέει ο επιστήμονας. Επομένως, σχεδιάζει να κατασκευάσει τελικά όλα τα σημαντικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα με αυτόν τον τρόπο στα εργαστήρια των HZB και HU Berlin.
