Forscher des Innovation Lab HySPRINT am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU) haben mit einem Tintenstrahldruckverfahren eine Reihe von Photodetektoren auf Basis eines hybriden Perowskit-Halbleiters hergestellt. Durch das Mischen von nur drei Tinten konnten die Forscher die Eigenschaften des Halbleiters w?hrend des Druckvorgangs pr?zise einstellen. Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie bereits eine etablierte Herstellungsmethode, die eine schnelle und kostengünstige Verarbeitung von L?sungen erm?glicht. Die Erweiterung der Inkjet-F?higkeiten von der gro?fl?chigen Beschichtung hin zur kombinatorischen Materialsynthese er?ffnet neue M?glichkeiten für die Herstellung verschiedenartiger elektronischer Komponenten in einem einzigen Druckschritt.
Wundermaterial Metallhalogenid-Perowskite
Metallhalogenid-Perowskite faszinieren Forscher in Wissenschaft und Industrie durch die gro?e Bandbreite m?glicher Anwendungen. Die Herstellung elektronischer Bauteile mit diesem Material ist besonders reizvoll, weil sie aus einer L?sung, d.h. aus einer Tinte heraus m?glich ist. Kommerziell erh?ltliche Salze werden in einem L?sungsmittel gel?st und dann auf ein Substrat aufgebracht. Die Gruppe um Prof. Emil List-Kratochvil, Leiter einer gemeinsamen Forschungsgruppe am HZB und der HU, konzentriert sich darauf, solche Bauelemente mit Hilfe fortschrittlicher Herstellungsverfahren wie dem Tintenstrahldruck herzustellen. Der Drucker tr?gt die Tinte auf ein Substrat auf und nach dem Trocknen bildet sich ein dünner Halbleiterfilm. Durch die Kombination mehrerer Schritte mit verschiedenen Materialien lassen sich Solarzellen, LEDs oder Fotodetektoren in wenigen Minuten herstellen.
Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie bereits eine etablierte Technik, nicht nur für Zeitungen und Zeitschriften, sondern auch für Funktionsmaterialien. Metallhalogenid-Perowskite sind für den Tintenstrahldruck besonders interessant, da ihre Eigenschaften durch ihre chemische Zusammensetzung eingestellt werden k?nnen. Forscher am HZB haben bereits Solarzellen und LEDs aus Perowskiten im Inkjetdruck hergestellt. Die Inkjet-F?higkeiten wurden 2020 weiter ausgebaut, als die Gruppe von Dr. Eva Unger erstmals einen kombinatorischen Ansatz für den Inkjet-Druck nutzte, um verschiedene Perowskit-Zusammensetzungen auf der Suche nach einem besseren Solarzellenmaterial zu drucken.
Kombinatorischer Druckansatz für die industrielle Produktion von elektronischen Bauelementen
In der aktuellen Arbeit fand das Team um Prof. Emil List-Kratochvil eine spannende Anwendung: eine Reihe gedruckter Perowskite als wellenl?ngenselektive Photodetektoren. "Kombinatorischer Tintenstrahldruck kann nicht nur zum Untersuchen verschiedener Materialzusammensetzungen für Solarzellenmaterialien verwendet werden," erkl?rt er, "sondern erm?glicht uns auch die Herstellung mehrerer, separater Bauelemente in einem einzigen Druckschritt." Im Hinblick auf ein industrielles Verfahren würde dies die Produktion mehrerer elektronischer Bauelemente in gro?em Ma?stab erm?glichen. In Kombination mit gedruckten elektronischen Schaltkreisen würden die Photodetektoren ein einfaches Spektrometer bilden: papierdünn, auf eine beliebige Oberfl?che gedruckt, potenziell flexibel, ohne die Notwendigkeit eines Prismas oder Gitters zur Trennung der eingehenden Wellenl?ngen.
Emil List-Kratochvil ist Professor für Hybride Bauelemente an der Humboldt-Universit?t zu Berlin, Mitglied von IRIS Adlershof und Leiter eines 2018 gegründeten Joint Labs, das die HU gemeinsam mit dem HZB betreibt. Darüber hinaus arbeitet ein Team um List-Kratochvil gemeinsam mit der HZB-Wissenschaftlerin Dr. Eva Unger, ebenso ein IRIS Adlershof-Mitglied, im Helmholtz-Innovationslabor HySPRINT am HZB an der Entwicklung von Beschichtungs- und Druckverfahren für hybride Perowskite.
Publikation
Using Combinatorial Inkjet Printing for Synthesis and Deposition of Metal Halide Perovskites in Wavelength‐Selective Photodetectors
Vincent R. F. Schr?der, Felix Hermerschmidt, Sabrina Helper, Carolin Rehermann, Giovanni Ligorio, Hampus N?sstr?m, Eva L. Unger, Emil J. W. List-Kratochvil
Advanced Engineering Materials (2021), DOI: 10.1002/adem.202101111
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Prof. Dr. Emil List-Kratochvil
Helmholtz-Zentrum Berlin
Forschergruppe Generative Fertigungsprozesse für Hybride Bauelemente
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Physik | Institut für Chemie | IRIS Adlershof
AG Hybride Bauelemente
Tel:. +49 30 2093-7697
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