...

Druk atramentowy materiałów perowskitowych – technologia elektronicznej tęczy

4 lutego 2022
Druk atramentowy materiałów perowskitowych – technologia elektronicznej tęczy

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