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 que se utilizan para generar electricidad a partir de la luz solar también están fabricadas actualmente con este material semiconductor. A diferencia de, 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 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 profesor Emil List-Kratochvil, jefe de un grupo de investigación conjunta en HZB y Humboldt-Universität.

Y lo que es más, el procesamiento de cristales de perovskita es comparativamente simple. "Pueden producirse a partir de una solución líquida, para que pueda construir el componente deseado una capa a la vez directamente sobre el sustrato, "explica el físico.

Primeras células solares de una impresora de inyección de tinta, ahora también diodos emisores de luz

Los científicos de HZB ya han demostrado en los últimos años que las células solares se pueden imprimir a partir de una solución de compuestos semiconductores, y en la actualidad son líderes mundiales en esta tecnología. Ahora por primera vez el equipo conjunto de HZB y HU Berlin 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 LED se pueden imprimir solo a partir de semiconductores orgánicos, pero estos proporcionan solo una modesta luminosidad. "El desafío era cómo hacer que el precursor similar a la sal que imprimimos en el sustrato cristalizara rápida y uniformemente mediante el uso de 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 rejilla para las capas posteriores de perovskita.

Características ópticas y electrónicas significativamente mejores

De este modo, Los investigadores crearon LED impresos que poseen una luminosidad mucho más alta y propiedades eléctricas considerablemente mejores que las que se podían lograr anteriormente utilizando procesos de fabricación aditiva. Pero para List-Kratochvil, este éxito es solo un paso intermedio en el camino hacia la microelectrónica y la optoelectrónica del futuro que, según él, 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.

List-Kratochvil es profesor de dispositivos híbridos en la Humboldt-Universität zu Berlin y director de un laboratorio conjunto fundado en 2018 que es operado por HU junto con HZB. Además, un equipo encabezado conjuntamente por List-Kratochvil y la científica de HZB, la Dra. Eva Unger, está trabajando en el Laboratorio de Innovación Helmholtz HySPRINT en el desarrollo de procesos de recubrimiento e impresión, también conocidos en la jerga técnica como "fabricación aditiva", para perovskitas híbridas. Estos son cristales que poseen una estructura de perovskita que contienen componentes orgánicos e inorgánicos.