AMOLF-onderzoekers Lukas Helmbrecht en Wim Noorduin hebben een reactieve inkt ontwikkeld die op een even reactief canvas kan worden geschilderd. De inkt reageert met het materiaal op het canvas en wordt een halfgeleider die gekleurd licht uitstraalt, een essentieel onderdeel van elektronische componenten zoals leds. Bijgevolg, een nieuwe manier om deze elektronische componenten te produceren is nu binnen handbereik. De resultaten van het onderzoek, een samenwerking tussen de AMOLF-groepen Self-Organizing Matter en Hybrid Solar Cells, verschijnen deze week in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Stel je voor dat je een canvas zou kunnen schilderen door het canvas zelf in een andere kleur te laten veranderen in plaats van er verf op te borstelen. Dat doen Lukas Helmbrecht en zijn collega's met de nieuwe ionenuitwisselingslithografietechniek. Bij deze techniek, de "inkt" reageert met het "canvas" door middel van ionenuitwisseling. Helmbrecht stopte zijn geld waar zijn mond is en gebruikte deze techniek om een ​​afbeelding van Madame Curie te airbrushen. "Ik vind het fascinerend om te zien:het groene beeld vormt zich zodra je gaat spuiten, ondanks dat zowel de inkt als het canvas kleurloos zijn."

Kleurrijke techniek

Het onderzoek draait om de productie van perovskiet, een nieuw en veelbelovend halfgeleidermateriaal dat wordt gebruikt voor de productie van onder meer leds en zonnecellen. Helmbrecht en zijn collega's vonden een manier om een ​​laag loodcarbonaat (het canvas) om te zetten in een perovskiet, eenvoudig door erop te "schilderen" met een oplossing van methylammoniumbromide. De laatste ondergaat een chemische reactie met het loodcarbonaat om een ​​groen emitterende perovskiet te vormen. Door een oplossing van een andere stof als inkt te gebruiken, kun je ernaast een blauw- of rood-emitterende perovskiet schilderen, of om een ​​patroon te airbrushen of af te drukken.

Door verschillende inkten te kiezen, is een breed scala aan variaties in de samenstelling van de perovskieten mogelijk. De patronen kunnen zeer nauwkeurig worden gemaakt:inktdruppels van slechts enkele micrometers groot leveren ook stippen op van slechts enkele micrometers groot. Hierdoor loopt de inkt niet uit. "De uitdaging van dit onderzoek was het ontwikkelen van de chemische reactie en de voorwaarden:de hoeveelheid inkt, de druk, en de eigenschappen van het canvas. Geen van deze waren bekend, en het proces werkt niet als ze niet precies goed zijn, ', zegt Helmbrecht.

Alles in één laag

De vergelijking met andere technieken voor het aanbrengen van lagen perovskieten op een drager komt voor de geest. Maar deze techniek is fundamenteel anders, Helmbrecht legt uit. "Alle traditionele technieken resulteren in verschillende lagen perovskiet naast of op elkaar. Onze methode resulteert in één enkele laag die bestaat uit verschillende soorten perovskiet." In aanvulling, perovskieten zijn meestal vrij gevoelig voor de behandelingen die in traditionele methoden worden gebruikt, zoals etsen of spoelen. Deze kunnen de perovskiet beschadigen. Met ionenuitwisselingslithografie, deze behandelingen zijn niet meer nodig.

"In principe, dit is een veel eenvoudigere methode om een ​​patroon van verschillende perovskiet-halfgeleiders naast elkaar op een chip of LED aan te brengen, Volgens Helmbrecht zijn cleanrooms of andere bijzondere omstandigheden niet meer nodig. De onderzoekers hebben het nut van ionenuitwisselingslithografie aangetoond door met de techniek een werkende led te maken. Dat heeft het principe bewezen. Verschillende groepen binnen AMOLF gaan hiermee aan de slag. techniek om andere toepassingen te maken.