Fabricación híbrida de perovskita TSC. a Representación esquemática del método de cristalización de temperatura inversa espacialmente confinado para producir monocristales delgados (TSC). b Imágenes de microscopía de fluorescencia de MAPbI3, MAPbBr3, y MAPbCl3 TSC (que se excitan con un 450 pulsado, 473, y láser de 405 nm, respectivamente). Barra de escala:100 μm. Recuadro:imágenes ópticas de MAPbI3, MAPbBr3, y TSC de MAPbCl3. Barra de escala:200 μm. c Perfil de altura de MAPbBr3 TSC que indica que su espesor es de aproximadamente 2,45 µm. d Espectros XRD de TSC MAPbX3 sintetizados, donde X =I, Br, y Cl, respectivamente. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-07706-9
Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una técnica que, por primera vez, permite que los materiales de perovskita híbrida monocristalina se integren en la electrónica. Debido a que estas perovskitas se pueden sintetizar a bajas temperaturas, el avance abre la puerta a nuevas investigaciones sobre electrónica flexible y costos de fabricación potencialmente reducidos para dispositivos electrónicos.
Los materiales híbridos de perovskita contienen componentes orgánicos e inorgánicos y se pueden sintetizar a partir de tintas, haciéndolos aptos para la fabricación de rollo a rollo de gran superficie. Estos materiales son objeto de una extensa investigación para su uso en células solares, diodos emisores de luz (LED) y fotodetectores. Sin embargo, Ha habido desafíos en la integración de perovskitas híbridas de cristal único en dispositivos electrónicos más clásicos, como transistores.
Las perovskitas híbridas monocristalinas son preferibles porque los materiales monocristalinos tienen propiedades más deseables que los materiales policristalinos; Los materiales policristalinos contienen más defectos que afectan negativamente las propiedades electrónicas de un material.
El desafío de incorporar perovskitas híbridas monocristalinas en la electrónica se debe al hecho de que estos cristales macroscópicos, cuando se sintetiza utilizando técnicas convencionales, tener áspero bordes irregulares. Esto dificulta la integración con otros materiales de tal manera que los materiales hacen los contactos de alta calidad necesarios en los dispositivos electrónicos.
Los investigadores solucionaron este problema sintetizando los cristales híbridos de perovskita entre dos superficies laminadas, esencialmente creando un sándwich de perovskita híbrido monocristalino. La perovskita se adapta a los materiales de arriba y de abajo, resultando en una interfaz nítida entre los materiales. El sustrato y superestrato, el "pan" en el sándwich, puede ser cualquier cosa, desde portaobjetos de vidrio hasta obleas de silicio que ya están incrustadas con electrodos, lo que da como resultado un transistor o circuito listo para usar.
Los investigadores pueden afinar aún más las propiedades eléctricas de la perovskita seleccionando diferentes haluros para su uso en la composición química de la perovskita. La elección del haluro determina la banda prohibida del material, que afecta la apariencia del color del semiconductor resultante y conduce a dispositivos electrónicos transparentes e incluso imperceptibles cuando se usan perovskitas de banda prohibida alta.
"Hemos demostrado la capacidad de crear transistores de efecto de campo de trabajo utilizando materiales de perovskita híbrida de cristal único fabricados en el aire ambiente, "dice Aram Amassian, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en NC State.
"Eso es interesante porque los materiales monocristalinos tradicionales deben fabricarse en vacío ultra alto, entornos de alta temperatura, y a menudo requieren un crecimiento epitaxial exquisito, ", Dice Amassian." Las perovskitas híbridas se pueden cultivar a partir de una solución, esencialmente de una tinta, en el aire ambiente a temperaturas por debajo de los 100 grados Celsius. Esto los hace atractivos desde el punto de vista de los costes y la fabricación. También los hace compatibles con flexibles, sustratos a base de plástico, lo que significa que pueden tener aplicaciones en electrónica flexible y en Internet de las cosas (IoT).
"Dicho eso, aquí todavía hay grandes desafíos, "Dice Amassian". Por ejemplo, las perovskitas híbridas actuales contienen plomo, que es tóxico y, por lo tanto, no es algo deseable para aplicaciones como la electrónica portátil. Sin embargo, Se están realizando investigaciones para desarrollar perovskitas híbridas que no contengan plomo o que incluso estén completamente libres de metales. Esta es un área de investigación apasionante, y creemos que este trabajo es un importante paso adelante para la integración de dispositivos de estos materiales, conduciendo al desarrollo de nuevas aplicaciones tecnológicas ".
El papel, "Transistores de efecto de campo de perovskita híbridos de cristal único, "se publica en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
