Naukowcy z Innovation Lab HySPRINT w Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) i Humboldt-Universität zu Berlin (HU) wykorzystali zaawansowaną technikę druku atramentowego do produkcji szerokiej gamy urządzeń fotodetektorów opartych na hybrydowym półprzewodniku perowskitowym. Mieszając tylko trzy atramenty, naukowcy byli w stanie precyzyjnie dostroić właściwości półprzewodnika podczas procesu drukowania.
Druk atramentowy jest już uznaną metodą produkcji w przemyśle, umożliwiającą szybkie i tanie przetwarzanie rozwiązań. Rozszerzenie możliwości druku atramentowego z powlekania wielkopowierzchniowego w kierunku kombinatorycznej syntezy materiałów otwiera drzwi dla nowych możliwości wytwarzania różnego rodzaju komponentów elektronicznych w jednym etapie drukowania.
Perowskity metalohalogenkowe są fascynujące dla naukowców w środowisku akademickim i przemysłowym dzięki szerokiemu zakresowi możliwych zastosowań. Wytwarzanie elementów elektronicznych z tego materiału jest szczególnie atrakcyjne, ponieważ jest możliwe z roztworu, czyli z atramentu. Dostępne w handlu sole są rozpuszczane w rozpuszczalniku, a następnie osadzane na podłożu. Grupa skupiona wokół prof. Emila List-Kratochvila, szefa wspólnej grupy badawczej w HZB i HU, koncentruje się na budowaniu tego typu urządzeń przy użyciu zaawansowanych metod produkcyjnych, takich jak druk atramentowy, w celu wytwarzania elementów elektroniki. Drukarka rozprowadza atrament na podłożu, a po wyschnięciu tworzy się cienka warstwa półprzewodnikowa. Połączenie wielu etapów z różnymi materiałami pozwala na wyprodukowanie m.in. ogniw słonecznych, diod LED oraz fotodetektorów w zaledwie kilka minut.
Druk atramentowy jest już ugruntowaną techniką w przemyśle, nie tylko w przypadku gazet i czasopism, lecz także materiałów funkcjonalnych. Perowskity metalohalogenkowe są szczególnie interesujące do druku atramentowego, ponieważ ich właściwości można regulować poprzez skład chemiczny. Naukowcy z HZB wykorzystali już druk atramentowy do produkcji ogniw słonecznych i diod LED wykonanych z perowskitów. Możliwości druku atramentowego zostały dodatkowo rozszerzone w 2020 r., kiedy grupa dr Evy Unger po raz pierwszy zastosowała kombinatoryczne podejście do druku atramentowego w celu wydrukowania różnych kompozycje perowskitu w poszukiwaniu lepszego materiału na ogniwa słoneczne.
Druk kombinatoryczny umożliwia precyzyjną kontrolę mieszania farb prekursorowych perowskitu podczas wytwarzania folii. Prowadzi to do składowego gradientu halogenków w perowskitach metalohalogenkowych na bazie metyloamoniowej. Powstałe w ten sposób wyraźne fazy perowskitu są potwierdzane przez stopniowe przesunięcie parametrów sieci pokazanych na obrazach dyfrakcyjnych XRD. © 10.1002/adem.202101111
Zespół skupiony wokół prof. Emila List-Kratochvila znalazł ekscytujące zastosowanie dla dużej serii perowskitów w urządzeniach fotodetektorów selektywnych pod względem długości fali.
– Kombinatoryczne drukowanie atramentowe może być wykorzystywane nie tylko do przesiewania różnych kompozycji materiałów na materiały do ogniw słonecznych, lecz także umożliwia nam wytwarzanie wielu oddzielnych urządzeń w jednym etapie drukowania. Patrząc w stronę procesu przemysłowego, umożliwiłoby to produkcję na dużą skalę wielu urządzeń elektronicznych. W połączeniu z drukowanymi obwodami elektronicznymi fotodetektory tworzyłyby prosty spektrometr: cienki jak papier, nadrukowany na dowolnej powierzchni, potencjalnie elastyczny, bez potrzeby stosowania pryzmatu lub siatki do oddzielania nadchodzących długości fal – wyjaśnia prof. List-Kratochvil.
Emil List-Kratochvil jest profesorem o spacjalisacji w zakresie urządzeń hybrydowych na Humboldt-Universität zu Berlin, członkiem IRIS Adlershof i szefem Joint Lab założonego w 2018 r., który jest obsługiwany przez HU wraz z HZB. Ponadto zespół kierowany wspólnie przez List-Kratochvil i naukowca z HZB, dr Evę Unger, pracuje w Helmholtz Innovation Lab HySPRINT w HZB nad rozwojem procesów powlekania i drukowania dla hybrydowych perowskitów.
Źródło: HZB Helmholz Zentrum Berlin, Vincent Schröder i Felix Hermerschmidt
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
