Científicos del Centro Helmholtz de Berlín para Materiales y Energía (HZB), junto con colegas de la Universidad Humboldt Berlín (HU Berlin), han logrado producir diodos emisores de luz (LED) a través de la impresión de un material semiconductor compuesto por una perovskita de haluro metálico.
La microeléctronica utiliza varios materiales funcionales cuyas propiedades los hacen adecuados para su uso en aplicaciones específicas y cuya proceso de fabricación también varía según el material. Por ejemplo, los transistores y los dispositivos de almacenamiento de datos están hechos de silicio, y la mayoría de células fotovoltaicas utilizadas para generar electricidad a partir de la luz solar también están hecha de este material semiconductor. Por otro lado, los semiconductores compuestos, como el nitruro de galio, se utilizan para generar luz en elementos optoelectrónicos como son los LED.
Durante los últimos años una nuevo tipo de material ha despertado un gran interés a nivel científico debido a sus excepcionales características: la perovskita. Su especial estructura cristalina hace que tenga una excelentes propiedades ópticas y electrónicas, mientras que son fáciles y baratos de fabricar. Los materiales híbridos de perovskita prometen una simplificación, en cuanto al número de materiales a utilizar, ya que pueden utilizarse para fabricar todo tipo de componentes microelectrónicos modificando su composición. Además, el procesamiento de los cristales de perovskita es comparativamente simple, pudiendo ser producidos a partir de una solución líquida, y construir el componente deseado en una capa directamente sobre el sustrato. No es de extrañar, por tanto, el interés despertado por estos semiconductores de perovskita de haluro metálico especialmente procesables por solución en su uso para aplicaciones de bajo coste y en la producción de diodos emisores de luz.
Los científicos del HZB ya habían demostrado en los últimos años que las células solares podían imprimirse a partir de una solución de compuestos semiconductores. Ahora, por primera vez, han logrado producir LEDs funcionales de esta manera. El grupo de investigación utilizó una perovskita de haluro metálico, un material que promete una eficiencia particularmente alta en la generación de luz , pero por otro lado es difícil de procesar.
“Hasta ahora, no había sido posible producir esta tipo de capas semiconductoras con la suficiente calidad a partir de una solución líquida”, explica el profesor Emil List-Kratochvil, quién lideró la investigación. “Los LEDs podrían imprimirse sólo a partir de semiconductores orgánicos, pero con una modesta luminosidad. El reto era cómo hacer que el precursor salino que imprimimos en el sustrato se cristalizara de forma rápida y uniforme utilizando un tipo de atrayente o catalizador”. 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.
De esta forma, los investigadores crearon LEDs impresos que poseen una luminosidad mucho mayor y con unas propiedades eléctricas considerablemente mejores que las que se podían conseguir anteriormente con procesos de fabricación aditiva. Pero para los investigadores, este éxito es sólo una paso intermedio en el camino hacia la futura micro y optoelectrónica, que estaría basada exclusivamente en semiconductores híbridos de perovskita.
“Las ventajas que ofrece una única clase de material de aplicación universal, junto con un proceso rentable y sencillo para su fabricación, son realmente sorprendentes”, afirma List-Kratochvil, que tiene previsto fabricar finalmente todos los componentes electrónicos importantes de esta manera en los laboratorios de HZB y HU Berlín.
Créditos imagen de portada: © Claudia Rothkirch/HU Berlin
