Tim istraživača iz Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) i Humboldt-Universität zu Berlin uspio je po prvi put proizvesti svjetleće diode (LED) od hibridnog perovskitnog poluvodičkog materijala pomoću tintnog tiska. To otvara vrata širokoj primjeni tih materijala u proizvodnji mnogih različitih vrsta elektroničkih komponenti. Znanstvenici su postigli proboj uz pomoć trika: "cijepljenje" (ili sjetva) površine specifičnim kristalima.
Mikroelektronika koristi različite funkcionalne materijale čija ih svojstva čine prikladnima za specifične primjene. Na primjer, tranzistori i uređaji za pohranu podataka izrađeni su od silikona, a većina fotonaponskih ćelija koje se koriste za proizvodnju električne energije iz sunčeve svjetlosti također su trenutno izrađene od ovog poluvodičkog materijala. Nasuprot tome, složeni poluvodiči kao što je galij nitrid koriste se za stvaranje svjetla u optoelektroničkim elementima kao što su svjetleće diode (LED). Proizvodni procesi također se razlikuju za različite klase materijala.
Nadilaženje labirinta materijala i metoda
Hibridni perovskitni materijali obećavaju pojednostavljenje – raspoređivanjem organskih i anorganskih komponenti poluvodičkog kristala u određenoj strukturi. "Mogu se koristiti za proizvodnju svih vrsta mikroelektroničkih komponenti izmjenom njihovog sastava", kaže prof. Emil List-Kratochvil, voditelj Zajedničke istraživačke skupine u HZB-u i Humboldt-Universitätu.
Štoviše, obrada perovskitnih kristala je relativno jednostavna. "Mogu se proizvesti iz tekuće otopine, tako da željenu komponentu možete graditi jedan po jedan sloj izravno na supstratu", objašnjava fizičar.
Prve solarne ćelije iz tintnog pisača, sada i svjetleće diode
Znanstvenici iz HZB-a već su posljednjih godina pokazali da se solarne ćelije mogu ispisati iz otopine poluvodičkih spojeva - i danas su svjetski lideri u ovoj tehnologiji. Sada je po prvi put zajednički tim HZB-a i HU Berlina uspio na ovaj način proizvesti funkcionalne svjetleće diode. Istraživačka skupina u tu je svrhu koristila metalni halid perovskite. To je materijal koji obećava posebno visoku učinkovitost u stvaranju svjetla - ali s druge strane je teško obraditi.
"Do sada nije bilo moguće proizvesti takve poluvodičke slojeve dovoljno kvalitetno iz tekuće otopine", kaže List-Kratochvil. Na primjer, LED diode mogu se ispisati samo iz organskih poluvodiča, ali one pružaju samo skromnu svjetlinu. "Izazov je bio kako uzrokovati da se prekursor nalik soli koji smo isprintali na podlogu brzo i ravnomjerno kristalizira pomoću neke vrste atrakta ili katalizatora", objašnjava znanstvenik. Tim je za tu svrhu odabrao kristal sjemena: kristal soli koji se pričvršćuje na podlogu i pokreće stvaranje rešetke za naknadne perovskite slojeve.
Znatno bolje optičke i elektroničke karakteristike
Na taj su način istraživači stvorili tiskane LED diode koje posjeduju daleko veću svjetlinu i znatno bolja električna svojstva nego što se prethodno moglo postići korištenjem aditivnih proizvodnih procesa. No, za List-Kratochvil, ovaj uspjeh je samo međukorak na putu prema budućoj mikro- i optoelektronici za koju vjeruje da će se temeljiti isključivo na hibridnim perovskite poluvodičima. "Prednosti koje nudi jedna univerzalno primjenjiva klasa materijala i jedan isplativ i jednostavan proces za proizvodnju bilo koje vrste komponenti su upečatljive", kaže znanstvenik. Stoga planira na kraju na ovaj način proizvesti sve važne elektroničke komponente u laboratorijima HZB-a i HU Berlina.
