Maling med halvledere

AMOLF-forskerne Lukas Helmbrecht og Wim Noorduin har udviklet en reaktiv blæk, der kan males på et lige så reaktivt lærred. Blækket reagerer med materialet på lærredet og bliver til en halvleder, der udsender farvet lys, en væsentlig del af elektroniske komponenter såsom LED'er. Følgelig, en ny måde at fremstille disse elektroniske komponenter på er nu inden for rækkevidde. Resultaterne af undersøgelsen, et samarbejde mellem AMOLF-grupperne Self-Organizing Matter og Hybrid Solar Cells, offentliggøres i denne uge i tidsskriftet Avancerede materialer .

Forestil dig, at du kunne male et lærred ved at få selve lærredet til at skifte til en anden farve i stedet for at pensle maling på det. Det er, hvad Lukas Helmbrecht og hans kolleger gør med den nye ionbytterlitografiteknik. I denne teknik, "blækket" reagerer med "lærredet" ved hjælp af ionbytning. Helmbrecht lagde sine penge, hvor hans mund er, og brugte denne teknik til at airbrushe et billede af Madame Curie. "Jeg synes, det er fascinerende at se:det grønne billede dannes, så snart du begynder at sprøjte, på trods af at både blækket og lærredet er farveløst."

Farverig teknik

Forskningen drejer sig om at producere perovskit, et nyt og meget lovende halvledermateriale, der bruges til at producere emner som LED'er og solceller. Helmbrecht og hans kolleger fandt en måde at omdanne et lag blykarbonat (lærredet) til en perovskit, simpelthen ved at "male" på det med en opløsning af methylammoniumbromid. Sidstnævnte gennemgår en kemisk reaktion med blykarbonatet for at danne en grøn-emitterende perovskit. Ved at bruge en opløsning af et andet stof som blækket kan du male en blå- eller rødemitterende perovskit ved siden af ​​dette, eller at airbrush eller printe et mønster.

En bred vifte af variationer i sammensætningen af ​​perovskitterne er mulig ved at vælge forskellige blæk. Mønstrene kan laves meget nøjagtigt:Dråber blæk på kun få mikrometer i størrelse giver også prikker på få mikrometer. Det betyder, at blækket ikke løber. "Udfordringen med denne forskning var at udvikle den kemiske reaktion og betingelserne:mængden af ​​blæk, presset, og lærredets egenskaber. Ingen af ​​disse var kendt, og processen fungerer ikke, hvis de ikke er helt rigtige, siger Helmbrecht.

Alt i et enkelt lag

Jeg tænker på sammenligningen med andre teknikker til at påføre lag af perovskiter på en bærer. Men denne teknik er fundamentalt anderledes, forklarer Helmbrecht. "Alle traditionelle teknikker resulterer i forskellige lag af perovskit ved siden af ​​hinanden eller oven på hinanden. Vores metode resulterer i et enkelt lag, der består af forskellige typer perovskit." Ud over, perovskitter er normalt ret følsomme over for de behandlinger, der anvendes i traditionelle metoder, såsom ætsning eller skylning. Disse kan beskadige perovskitten. Med ionbytterlitografi, disse behandlinger er ikke længere nødvendige.

"I princippet, dette er en langt enklere metode til at anvende et mønster af forskellige perovskit-halvledere ved siden af ​​hinanden på en chip eller LED, " siger Helmbrecht. Renrum eller andre specielle forhold er ikke længere påkrævet. Forskerne har demonstreret nytten af ​​ionbytterlitografi ved at bruge teknikken til at producere en fungerende LED. "Det har bevist princippet." Forskellige grupper inden for AMOLF vil begynde at bruge dette teknik til at skabe andre applikationer.