Tîm o ymchwilwyr o Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a Humboldt-Universität zu Berlin wedi llwyddo am y tro cyntaf i gynhyrchu esgobadau sy'n gollwng golau (LEDs) o ddeunydd semeiconau perovskite hybrid gan ddefnyddio argraffu inc. Mae hyn yn agor y drws i gymhwyso'r deunyddiau hyn yn eang wrth weithgynhyrchu llawer o wahanol fathau o gydrannau electronig. Cyflawnodd y gwyddonwyr y datblygiadau arloesol gyda chymorth tric: "brechu" (neu hau) yr wyneb gyda grisialau penodol.
Microelectroneg sy'n defnyddio deunyddiau swyddogaethol amrywiol y mae eu heiddo yn eu gwneud yn addas ar gyfer ceisiadau penodol. Er enghraifft, mae barwyr a dyfeisiau storio data yn cael eu gwneud o silicon, ac mae'r rhan fwyaf o gelloedd ffotofoltäig a ddefnyddir i gynhyrchu trydan o olau'r haul hefyd yn cael eu gwneud o'r deunydd semenwyryddion hwn ar hyn o bryd. I'r gwrthwyneb, defnyddir semenwyr cyfansawdd fel nitride galsiwm i gynhyrchu golau mewn elfennau optoelectronig fel esgobadau sy'n gollwng golau (LEDs). Mae'r prosesau gweithgynhyrchu hefyd yn wahanol ar gyfer y dosbarthiadau amrywiol o ddeunyddiau.
Goresgyn y drysfa deunyddiau a dulliau
Mae deunyddiau perovskite hybrid yn addo symleiddio – drwy drefnu cydrannau organig ac anorganig crisialu semiconducting mewn strwythur penodol. "Gellir eu defnyddio i weithgynhyrchu pob math o gydrannau microelectronig drwy addasu eu cyfansoddiad", meddai'r Athro Emil List-Kratochvil, pennaeth Grŵp Ymchwil ar y Cyd yn HZB a Humboldt-Universität.
Yn fwy na hynny, mae prosesu grisialau perovskite yn gymharol syml. "Gellir eu cynhyrchu o hydoddiant hylifol, fel y gallwch adeiladu'r gydran a ddymunir un haen ar y tro yn uniongyrchol ar yr is-set", esbonia'r ffisegydd.
Celloedd solar cyntaf o argraffydd inc, sydd bellach yn gollwng diodydd sy'n gollwng golau hefyd
Mae gwyddonwyr yn HZB eisoes wedi dangos yn ystod y blynyddoedd diwethaf y gellir argraffu celloedd solar o ateb cyfansoddion semeiconau – ac maent yn arweinwyr byd-eang yn y dechnoleg hon heddiw. Nawr am y tro cyntaf, mae tîm ar y cyd HZB a HU Berlin wedi llwyddo i gynhyrchu esgobadau sy'n gollwng golau swyddogaethol yn y modd hwn. Defnyddiodd y grŵp ymchwil haneru metel perovskite at y diben hwn. Mae hwn yn ddeunydd sy'n addo effeithlonrwydd arbennig o uchel wrth gynhyrchu golau – ond ar y llaw arall mae'n anodd ei brosesu.
"Hyd yn hyn, ni fu'n bosibl cynhyrchu'r mathau hyn o haenau semeiconau gyda digon o ansawdd o ateb hylifol", meddai Rhestr-Kratochvil. Er enghraifft, gellid argraffu LEDs o semenwyr organig yn unig, ond dim ond lyminolrwydd cymedrol y mae'r rhain yn ei ddarparu. "Yr her oedd sut i achosi i'r rhagflaenydd tebyg i halen a argraffwyd gennym ar yr is-set grisialu'n gyflym ac yn hyd yn oed drwy ddefnyddio rhyw fath o atyniad neu gatalydd", esbonia'r gwyddonydd. Dewisodd y tîm grisial hadau at y diben hwn: grisial halen sy'n atodi ei hun i'r is-set ac sy'n sbarduno ffurfio gwaith grid ar gyfer yr haenau perovskite dilynol.
Nodweddion optegol ac electronig llawer gwell
Fel hyn, creodd yr ymchwilwyr LEDs printiedig sy'n meddu ar lyminol llawer uwch ac eiddo trydanol llawer gwell nag y gellid ei gyflawni'n flaenorol gan ddefnyddio prosesau gweithgynhyrchu ychwanegion. Ond ar gyfer Rhestr Kratochvil, dim ond cam canolraddol ar y ffordd i ficro-ac optoelectroneg yn y dyfodol yw'r llwyddiant hwn y mae'n credu y bydd wedi'i seilio'n gyfan gwbl ar semenwyr hybrid perovskite. "Mae'r manteision a gynigir gan un dosbarth o ddeunyddiau sy'n berthnasol i bawb ac un broses gost-effeithiol a syml ar gyfer gweithgynhyrchu unrhyw fath o gydran yn drawiadol", meddai'r gwyddonydd. Felly, mae'n bwriadu cynhyrchu pob cydran electronig bwysig fel hyn yn labordai HZB a HU Berlin yn y pen draw.
