Екип от изследователи от Хелмхолц-центрум Берлин (HZB) и Humboldt-Universität zu Berlin успя за първи път в производството на светодиоди (светодиоди) от хибрид perovskite полупроводникови материали с помощта на мастилено-струен печат. Това отваря вратата към широко приложение на тези материали в производството на много различни видове електронни компоненти. Учените постигат пробива с помощта на трик: "инокулация" (или засяване) на повърхността със специфични кристали.
Микроелектроника използва различни функционални материали, чиито свойства ги правят подходящи за специфични приложения. Например, транзисторите и устройствата за съхранение на данни са изработени от силиций, а повечето фотоволтаични клетки, използвани за генериране на електричество от слънчева светлина, понастоящем са изработени от този полупроводников материал. За разлика от тях, комбинираните полупроводници като галиев нитрид се използват за генериране на светлина в оптоелектронни елементи като светодиоди. Производствените процеси също са различни за различните класове материали.
Над материалите и методите лабиринт
Хибридните перовски материали обещават опростяване – чрез организиране на органичните и неорганични компоненти на полупроводниковия кристал в специфична структура. "Те могат да бъдат използвани за производство на всички видове микроелектронни компоненти чрез модифициране на състава им", казва проф.
Нещо повече, обработката на перовски кристали е сравнително проста. "Те могат да бъдат произведени от течен разтвор, така че можете да изградите желания компонент един слой в даден момент директно върху субстрата", обяснява физикът.
Първите слънчеви клетки от мастиленоструен принтер, сега излъчващи светлина диоди също
Учените в HZB вече показват през последните години, че слънчевите клетки могат да бъдат отпечатани от разтвор на полупроводникови съединения - и са световни лидери в тази технология днес. Сега за първи път съвместният екип на HZB и HU Berlin успява да произведе функционални светодиоди, излъчващи светлина по този начин. За целта изследователската група използва метален халид перовски. Това е материал, който обещава особено висока ефективност при генерирането на светлина – но от друга страна е трудно да се обработва.
"До този момент не е било възможно да се произвеждат тези видове полупроводникови слоеве с достатъчно качество от течно решение", казва List-Kratochvil. Например, светодиодите могат да бъдат отпечатани само от органични полупроводници, но те осигуряват само скромна яркост. "Предизвикателството беше как да предизвикаме соленоподобния прекурсор, който принтира върху субстрата, за да кристализира бързо и равномерно, като използва някакъв вид притегател или катализатор", обяснява ученият. За тази цел екипът избра семенния кристал: солен кристал, който се прикрепя към субстрата и задейства образуването на решетка за следващите перовски слоеве.
Значително по-добри оптични и електронни характеристики
По този начин, изследователите създадени печатни светодиоди, които притежават много по-висока яркост и значително по-добри електрически свойства, отколкото може да бъде постигнато преди това с помощта на добавки производствени процеси. Но за "Лист-Кратохвил" този успех е само междинна стъпка по пътя към бъдещите микро- и оптоелектроника, които той смята, че ще се основава изключително на хибридни перовски полупроводници. "Предимствата, предлагани от един универсален клас материали и един прост и рентабилен процес за производство на всякакъв вид компонент са поразителни", казва ученият. Затова планира да произвежда всички важни електронни компоненти по този начин в лабораториите на HZB и HU Berlin.
