LEDs perovskita impresos
Una técnica innovadora hacia un nuevo proceso estándar de fabricación de electrónica
Un equipo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) y de la Humboldt-Universität zu Berlin ha logrado por primera vez producir diodos emisores de luz (LED) a partir de un material semiconductor híbrido de perovskita mediante impresión por chorro de tinta, lo que abre la puerta a una amplia aplicación de estos materiales en la fabricación de muchos tipos diferentes de componentes electrónicos. Los científicos lograron el avance con la ayuda de un truco: "inocular" (o sembrar) la superficie con cristales específicos.
Representación gráfica del proceso de impresión del LED de la perovskita.
© Claudia Rothkirch/HU Berlin
La microelectrónica utiliza diversos materiales funcionales cuyas propiedades los hacen adecuados para aplicaciones específicas. Por ejemplo, los transistores y los dispositivos de almacenamiento de datos están hechos de silicio, y la mayoría de las células fotovoltaicas utilizadas para generar electricidad a partir de la luz solar también están hechas actualmente de este material semiconductor. En cambio, los semiconductores compuestos, como el nitruro de galio, se utilizan para generar luz en elementos optoelectrónicos como los diodos emisores de luz (LED). Los procesos de fabricación también son diferentes para las distintas clases de materiales.
Trascendiendo el laberinto de materiales y métodos
Los materiales híbridos de perovskita prometen una simplificación, al disponer los componentes orgánicos e inorgánicos del cristal semiconductor en una estructura específica. "Pueden utilizarse para fabricar todo tipo de componentes microelectrónicos modificando su composición", dice el Prof. Emil List-Kratochvil, jefe de un Grupo de Investigación Conjunta en el HZB y la Humboldt-Universität.
Además, el procesamiento de los cristales de perovskita es comparativamente simple. "Se pueden producir a partir de una solución líquida, por lo que se puede construir el componente deseado una capa a la vez directamente en el sustrato", explica el físico.
Primero las células solares de una impresora de inyección de tinta, ahora también los diodos emisores de luz
Los científicos del HZB ya han demostrado en los últimos años que las células solares pueden imprimirse a partir de una solución de compuestos semiconductores, y hoy en día son líderes mundiales en esta tecnología. Ahora, por primera vez, el equipo conjunto de HZB y HU Berlín ha logrado producir diodos emisores de luz funcionales de esta manera. El grupo de investigación utilizó una perovskita de haluro metálico para este propósito. Este es un material que promete una eficiencia particularmente alta en la generación de luz - pero por otro lado es difícil de procesar.
"Hasta ahora no ha sido posible producir este tipo de capas semiconductoras con suficiente calidad a partir de una solución líquida", dice List-Kratochvil. Por ejemplo, los LEDs podrían imprimirse sólo a partir de semiconductores orgánicos, pero éstos sólo proporcionan una modesta luminosidad. "El reto era cómo hacer que el precursor salino que imprimimos en el sustrato se cristalizara rápida y uniformemente utilizando algún tipo de atrayente o catalizador", explica el científico. El equipo eligió un cristal semilla para este propósito: un cristal de sal que se adhiere al sustrato y desencadena la formación de una red para las capas subsiguientes de perovskita.
Características ópticas y electrónicas significativamente mejores
De esta manera, los investigadores crearon LEDs impresos que poseen una luminosidad mucho mayor y propiedades eléctricas considerablemente mejores que las que se podían lograr anteriormente mediante procesos de fabricación aditiva. Pero para List-Kratochvil, este éxito es sólo un paso intermedio en el camino hacia la futura micro y optoelectrónica que cree que se basará exclusivamente en semiconductores híbridos de perovskita. "Las ventajas que ofrece una única clase de materiales de aplicación universal y un único proceso rentable y sencillo para la fabricación de cualquier tipo de componente son sorprendentes", dice el científico. Por lo tanto, planea fabricar eventualmente todos los componentes electrónicos importantes de esta manera en los laboratorios de HZB y HU Berlín.
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