نجح فريق من الباحثين من هيلمهولتز-زينتروم برلين (HZB) وهمبولت-يونيفرسيتيه زو برلين للمرة الأولى في إنتاج الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) من مادة أشباه الموصلات الهجينة perovskite باستخدام الطباعة النافثة للحبر. وهذا يفتح الباب أمام تطبيق واسع لهذه المواد في تصنيع أنواع مختلفة من المكونات الإلكترونية. حقق العلماء الاختراق بمساعدة خدعة: "تلقيح" (أو بذر) السطح ببلورات محددة.
تستخدم الإلكترونيات الدقيقة مواد وظيفية مختلفة تجعلها خصائصها مناسبة لتطبيقات محددة. على سبيل المثال، الترانزستورات وأجهزة تخزين البيانات مصنوعة من السيليكون، ومعظم الخلايا الكهروضوئية المستخدمة لتوليد الكهرباء من أشعة الشمس مصنوعة حاليا من هذه المواد أشباه الموصلات. وعلى النقيض من ذلك، تستخدم أشباه الموصلات المركبة مثل نيتريد الغاليوم لتوليد الضوء في العناصر الإلكترونية البصرية مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). عمليات التصنيع أيضا مختلفة لمختلف فئات المواد.
تجاوز متاهة المواد والأساليب
تعد مواد بيروفسكيت الهجينة بالتبسيط - من خلال ترتيب المكونات العضوية وغير العضوية للبلورة شبه المتجانسة في بنية محددة. "يمكن استخدامها لتصنيع جميع أنواع المكونات الإلكترونية الدقيقة عن طريق تعديل تكوينها"، يقول البروفيسور إميل ليست-كراتوشفل، رئيس مجموعة بحثية مشتركة في HZB و Humboldt-Universität.
ما هو أكثر من ذلك، معالجة بلورات بيروفسكيت بسيطة نسبيا. "يمكن إنتاجها من محلول سائل ، حتى تتمكن من بناء المكون المطلوب طبقة واحدة في وقت واحد مباشرة على الركيزة" ، يشرح الفيزيائي.
الخلايا الشمسية الأولى من طابعة نافثة للحبر، والآن الثنائيات الباعثة للضوء أيضا
وقد أظهر العلماء في HZB بالفعل في السنوات الأخيرة أن الخلايا الشمسية يمكن طباعتها من محلول من مركبات أشباه الموصلات - وهي رائدة في جميع أنحاء العالم في هذه التكنولوجيا اليوم. والآن، ولأول مرة، نجح الفريق المشترك بين HZB وHU Berlin في إنتاج ثنائيات وظيفية تنبعث منها الضوء بهذه الطريقة. واستخدمت مجموعة البحث مادة هاليد بيروفسكيت معدنية لهذا الغرض. هذه مادة تبشر بكفاءة عالية في توليد الضوء – ولكن من ناحية أخرى من الصعب معالجتها.
"حتى الآن، لم يكن من الممكن لإنتاج هذه الأنواع من طبقات أشباه الموصلات مع نوعية كافية من محلول سائل"، ويقول قائمة-Kratochvil. على سبيل المثال، يمكن طباعة مصابيح LED فقط من أشباه الموصلات العضوية، ولكن هذه توفر سطوعا متواضعا فقط. "كان التحدي هو كيفية التسبب في السلائف الملح مثل التي طبعناها على الركيزة لتبلور بسرعة وبالتساوي باستخدام نوع من جذب أو محفز"، ويوضح العالم. اختار الفريق بلورة بذور لهذا الغرض: بلورة ملح تعلق نفسها على الركيزة وتحفز على تشكيل شبكة للطبقات perovskite اللاحقة.
خصائص بصرية وإليكترونية أفضل بكثير
وبهذه الطريقة، ابتكر الباحثون مصابيح LED مطبوعة تمتلك لمعانا أعلى بكثير وخصائص كهربائية أفضل بكثير مما كان يمكن تحقيقه سابقا باستخدام عمليات التصنيع المضافة. ولكن بالنسبة لقائمة كراتوشفل، فإن هذا النجاح ليس سوى خطوة وسيطة على الطريق إلى الإلكترونيات الدقيقة والبصرية في المستقبل التي يعتقد أنها ستستند حصريا إلى أشباه الموصلات الهجينة من طراز بيروفسكيت. "المزايا التي تقدمها فئة واحدة من المواد المطبقة عالميا وعملية واحدة فعالة من حيث التكلفة وبسيطة لتصنيع أي نوع من المكونات ملفتة للنظر"، يقول العالم. ولذلك يخطط لتصنيع جميع المكونات الإلكترونية الهامة بهذه الطريقة في مختبرات HZB و HU Berlin في نهاية المطاف.
