Printede perovskite LED'er

Mikroelektronik anvender forskellige funktionelle materialer, hvis egenskaber gør dem velegnede til specifikke anvendelser. For eksempel, transistorer og datalagringsenheder er lavet af silicium, og de fleste fotovoltaiske celler, der bruges til at generere elektricitet fra sollys, er også i øjeblikket lavet af dette halvledermateriale. I modsætning, sammensatte halvledere såsom galliumnitrid bruges til at generere lys i optoelektroniske elementer såsom lysemitterende dioder (LED'er). Fremstillingsprocesserne er også forskellige for de forskellige klasser af materialer.

At overskride materialer og metoder labyrint

Hybride perovskitmaterialer lover forenkling - ved at arrangere de organiske og uorganiske komponenter i halvledende krystal i en specifik struktur. "De kan bruges til at fremstille alle slags mikroelektroniske komponenter ved at ændre deres sammensætning, " siger prof. Emil List-Kratochvil, leder af en fælles forskningsgruppe ved HZB og Humboldt-Universität.

Hvad mere er, behandling af perovskitkrystaller er forholdsvis enkel. "De kan fremstilles af en flydende opløsning, så du kan bygge den ønskede komponent et lag ad gangen direkte på underlaget, " forklarer fysikeren.

De første solceller fra en inkjetprinter, nu også lysdioder

Forskere ved HZB har allerede vist i de seneste år, at solceller kan udskrives fra en opløsning af halvlederforbindelser - og er verdensomspændende førende inden for denne teknologi i dag. Nu for første gang, Det er lykkedes det fælles team af HZB og HU Berlin at producere funktionelle lysdioder på denne måde. Forskergruppen brugte en metalhalogenidperovskit til dette formål. Dette er et materiale, der lover særlig høj effektivitet til at generere lys - men på den anden side er svært at bearbejde.

"Indtil nu, det har ikke været muligt at fremstille den slags halvlederlag med tilstrækkelig kvalitet fra en flydende opløsning, " siger List-Kratochvil. F.eks. LED'er kunne udskrives kun fra organiske halvledere, men disse giver kun beskeden lysstyrke. "Udfordringen var, hvordan vi fik den saltlignende precursor, som vi printede på substratet, til at krystallisere hurtigt og jævnt ved at bruge en form for tiltrækningsmiddel eller katalysator, " forklarer videnskabsmanden. Holdet valgte en frøkrystal til dette formål:en saltkrystal, der hæfter sig på substratet og udløser dannelsen af ​​et gitterværk for de efterfølgende perovskitlag.

Betydeligt bedre optiske og elektroniske egenskaber

På denne måde forskerne skabte printede LED'er, der besidder langt højere lysstyrke og betydeligt bedre elektriske egenskaber, end man tidligere kunne opnå ved hjælp af additive fremstillingsprocesser. Men for List-Kratochvil, denne succes er kun et mellemtrin på vejen mod fremtidens mikro- og optoelektronik, som han mener udelukkende vil være baseret på hybride perovskit-halvledere. "Fordelene ved en enkelt universelt anvendelig klasse af materialer og en enkelt omkostningseffektiv og enkel proces til fremstilling af enhver form for komponent er slående, " siger videnskabsmanden. Han planlægger derfor i sidste ende at fremstille alle vigtige elektroniske komponenter på denne måde i laboratorierne i HZB og HU Berlin.

List-Kratochvil er professor i hybride enheder ved Humboldt-Universität zu Berlin og leder af et Joint Lab grundlagt i 2018, som drives af HU sammen med HZB. Ud over, et team ledet i fællesskab af List-Kratochvil og HZB-videnskabsmanden Dr. Eva Unger arbejder i Helmholtz Innovation Lab HySPRINT på udviklingen af ​​belægnings- og printprocesser - også kendt i teknisk jargon som "additiv fremstilling" - til hybride perovskiter. Disse er krystaller med en perovskitstruktur, der indeholder både uorganiske og organiske komponenter.