Tím výskumníkov z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a Humboldt-Universität zu Berlin po prvýkrát uspel vo výrobe svetelných diód (LED) z hybridného perovskite polovodičového materiálu pomocou atramentovej tlače. To otvára dvere širokému používaní týchto materiálov pri výrobe mnohých rôznych druhov elektronických komponentov. Vedci dosiahli prielom pomocou triku: "očkovanie" (alebo siate) povrchu špecifickými kryštálmi.
Mikroelektronika využíva rôzne funkčné materiály, ktorých vlastnosti ich robia vhodnými pre špecifické aplikácie. Napríklad tranzistory a zariadenia na uchovávanie údajov sú vyrobené zo kremíka a väčšina fotovoltických článkov používaných na výrobu elektrickej energie zo slnečného žiarenia je v súčasnosti tiež vyrobená z tohto polovodičového materiálu. Naproti tomu zložené polovodiče, ako je nitrid gália, sa používajú na vytváranie svetla v optoelektronických prvkoch, ako sú diódy vyžarujúce svetlo (LED diódy). Výrobné procesy sa líšia aj pre rôzne triedy materiálov.
Prekonávanie materiálov a metód bludisko
Hybridné perovskite materiály sľubujú zjednodušenie – usporiadaním organických a anorganických zložiek polovodičového kryštálu v špecifickej štruktúre. "Môžu byť použité na výrobu všetkých druhov mikroelektronických komponentov úpravou ich zloženia", hovorí prof. Emil List-Kratochvil, vedúci spoločnej výskumnej skupiny v HZB a Humboldt-Universität.
A čo viac, spracovanie perovskite kryštálov je pomerne jednoduché. "Môžu byť vyrobené z kvapalného roztoku, takže požadovanú zložku môžete postaviť po jednej vrstve priamo na podklade," vysvetľuje fyzik.
Najprv solárne články z atramentovej tlačiarne, teraz aj diódy vyžarujúce svetlo
Vedci z HZB už v posledných rokoch ukázali, že solárne články sa môžu tlačiť z roztoku polovodičových zlúčenín – a dnes sú svetovými lídrami v tejto technológii. Po prvýkrát sa spoločnému tímu HZB a HU Berlin podarilo týmto spôsobom vyrábať funkčné diódy vyžarujúce svetlo. Výskumná skupina na tento účel použila halogenidový perovskite. Je to materiál, ktorý sľubuje mimoriadne vysokú účinnosť pri vytváraní svetla – ale na druhej strane je ťažké ho spracovať.
"Doteraz nebolo možné vyrábať tieto druhy polovodičových vrstiev s dostatočnou kvalitou z kvapalného roztoku", hovorí List-Kratochvil. Napríklad LED diódy môžu byť vytlačené len z organických polovodičov, ale poskytujú len skromnú svietivosť. "Výzvou bolo, ako spôsobiť, že prekurzor ako soľ, ktorý sme vytlačili na substrát, sa rýchlo a rovnomerne vykryštalizuje pomocou nejakého ateliéru alebo katalyzátora," vysvetľuje vedec. Tím si na tento účel vybral kryštál semien: soľný kryštál, ktorý sa pripevní na substrát a spustí tvorbu mriežky pre následné vrstvy perovskite.
Výrazne lepšie optické a elektronické charakteristiky
Týmto spôsobom výskumníci vytvorili vytlačené LED diódy, ktoré majú oveľa vyššiu svietivosť a podstatne lepšie elektrické vlastnosti, ako by sa predtým dalo dosiahnuť použitím aditívnych výrobných procesov. Ale pre List-Kratochvil je tento úspech len prechodným krokom na ceste k budúcej mikro- a optoelektronike, o ktorú si myslí, že bude založená výlučne na hybridných perovskite polovodičoch. "Výhody, ktoré ponúka jediná všeobecne uplatniteľná trieda materiálov a jeden nákladovo efektívny a jednoduchý proces výroby akéhokoľvek druhu komponentov, sú pozoruhodné," hovorí vedec. Preto plánuje takto vyrábať všetky dôležité elektronické súčiastky v laboratóriách HZB a HU Berlin.
