Προσαρμοσμένα στρώματα - νέα μέθοδος για την κατασκευή προσαρμοσμένων λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών

Προσαρμοσμένες στρώσεις – νέα μέθοδος για την κατασκευή προσαρμοσμένων λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών

Χρονική σήμανση: 19 Οκτωβρίου 2023 4:00 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2335558
19 Οκτωβρίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Οι οργανικοί ημιαγωγοί, που συνήθως αποτελούνται από μοριακά υλικά ή πολυμερή με βάση τον άνθρακα, αποτελούν μέρος μιας ποικιλίας σημερινών εφαρμογών: Για παράδειγμα, εξαιρετικά λεπτές, μηχανικά εύκαμπτες και ελαφριές λεπτές μεμβράνες ημιαγωγών χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη εποχή. τρανζίστορ, ευαίσθητους αισθητήρες ή οργανικά ηλιακά κύτταρα. Το δυναμικό ενεργειακής μετατροπής και συνεπώς η λειτουργικότητά τους καθορίζεται από τα ηλεκτρονικά επίπεδα ενέργειας των οργανικών λεπτών υμενίων, τα οποία εξαρτώνται από τα μόρια καθώς και από τη διάταξή τους και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών μορίων εντός των λεπτών υμενίων.

Βασικές τακτικές

  • Ερευνητές στο Ινστιτούτο Φωτονικής Τεχνολογίας του Leibniz ανέπτυξαν μια νέα τεχνική για την αυτοματοποιημένη, ακριβή παραγωγή οργανικών λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών.
  • Η τεχνική «Rolling Transferred Langmuir Layer» βελτιώνει τις υπάρχουσες μεθόδους, επιτρέποντας μεμβράνες μονοστοιβάδας με ελεγχόμενη μοριακή διάταξη και συγκεκριμένες ηλεκτρονικές ιδιότητες.
  • Αυτή η σημαντική ανακάλυψη επιτρέπει την παραγωγή οργανικών μεμβρανών ημιαγωγών με λιγότερα ελαττώματα επιφάνειας και αυξημένη ποιότητα.
  • Η μέθοδος επιτρέπει τον έλεγχο σε δύο βασικές μεταβλητές: τη μοριακή πυκνότητα πλήρωσης και τον αριθμό των στοιβαγμένων μοριακών στρωμάτων.
  • Η νέα τεχνολογία έχει εφαρμογές στην οπτοηλεκτρονική, συμπεριλαμβανομένων οργανικών ηλιακών κυψελών και αισθητήρων, ανοίγοντας το δρόμο για εξαρτήματα με βελτιστοποιημένη μετατροπή ενέργειας και λειτουργικότητα.
    • Rolling Transfered Langmuir Layer τεχνολογία για την παραγωγή ηλιακών κυψελών Με βάση τη νέα τεχνολογία «Rolling Transfered Langmuir Layer», η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή λεπτών μεμβρανών με συγκεκριμένες ιδιότητες, μπορούν να παραχθούν, για παράδειγμα, βελτιωμένα εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα. (Εικόνα: Ινστιτούτο Φωτονικής Τεχνολογίας Leibniz)

    Η έρευνα

    Μια γερμανοαμερικανική ομάδα επιστημόνων – με επικεφαλής το Ινστιτούτο Φωτονικής Τεχνολογίας Leibniz (Leibniz IPHT) – πέτυχε να αναπτύξει μια νέα διαδικασία κατασκευής που επιτρέπει την ακριβή κατασκευή λεπτών φιλμ ημιαγωγών με προσαρμοσμένες δομικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες με αυτοματοποιημένο τρόπο. Η μέθοδος που παρουσιάζεται στο περιοδικό Προηγμένων Υλικών ("Προσαρμογή του βάρους της επιφάνειας και των καταστάσεων ακμών εντός του στρώματος για τον έλεγχο των ενεργειών LUMO") θα πρέπει να επιτρέπει την ειδική παραγωγή λεπτών υμενίων με ελεγχόμενες αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών μορίων και συγκεκριμένων ενεργειακών επιπέδων.

    Κυλιόμενη εναπόθεση λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών

    Η παρουσιαζόμενη τεχνική «Rolling Transfered Langmuir Layer», μια περαιτέρω εξέλιξη της καθιερωμένης τεχνικής Langmuir Blodgett για την εναπόθεση λεπτών υμενίων, είναι κατάλληλη για την παραγωγή μονοστοιβάδων μορίων οργανικών ημιαγωγών σε διεπαφές αέρα-νερού. Για το σκοπό αυτό, ένα στρώμα μορίων που σχηματίζεται σε μια επιφάνεια νερού μεταφέρεται σε ένα στερεό υπόστρωμα. Η μοριακή μονοστιβάδα εναποτίθεται στο υπόστρωμα χρησιμοποιώντας ένα ειδικό σύστημα μεταφοράς κύλισης που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές, το οποίο περιέχει το υπόστρωμα που πρόκειται να επικαλυφθεί και το οποίο μετακινείται πάνω από το μοριακό φιλμ στην επιφάνεια του νερού. Το μοριακό στρώμα που σχηματίζεται στη διεπιφάνεια αέρα-νερού προσκολλάται στο υπόστρωμα κατά τη διάρκεια της κίνησης κύλισης. «Η διαδικασία που αναπτύχθηκε επιτρέπει επίσης την εναπόθεση κρυσταλλικών μεμβρανών, η παραγωγή των οποίων χρησιμοποιώντας καθιερωμένες μεθόδους προηγουμένως απαιτούσε σημαντική προσπάθεια και συχνά οδηγούσε σε επιφανειακά ελαττώματα, όπως σπασίματα στις οργανικές λεπτές μεμβράνες. Με τη διαδικασία που παρουσιάζεται, μπορούμε να μειώσουμε αυτά τα επιφανειακά ελαττώματα στο ελάχιστο και να παράγουμε τόσο μονοστοιβάδες όσο και πολλαπλές στρώσεις λεπτής μεμβράνης με μεμονωμένες ιδιότητες άμεσα, ομοιόμορφα και με υψηλή ποιότητα με κλιμακωτό τρόπο», εξηγεί ο PD Dr. habil. Martin Presselt, επικεφαλής του Ομίλου Organic Thin Films and Interfaces στο Leibniz IPHT, ο οποίος ανέπτυξε τη νέα μέθοδο μαζί με την ομάδα του.

    Προσαρμοσμένες λεπτές μεμβράνες

    Δύο παράμετροι παίζουν καθοριστικό ρόλο στην παραγωγή ημιαγώγιμων λεπτών μεμβρανών με εξατομικευμένες δομικές και ενεργειακές ιδιότητες: «Από τη μία πλευρά, η τεχνική 'Rolling Transfered Langmuir Layer' επιτρέπει τη συστηματική μεταβολή της πυκνότητας πλήρωσης των μορίων σε ένα στρώμα. η οποία μπορεί να κυμαίνεται από πολύ πυκνά συσκευασμένη έως λιγότερο πυκνή, μέσω της επιφανειακής πίεσης κατά την εναπόθεση. Από την άλλη πλευρά, ο αριθμός των στοιβαγμένων μοριακών στρωμάτων και επομένως το πάχος του στρώματος των λεπτών μεμβρανών μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια. Με αυτόν τον τρόπο, λεπτές μεμβράνες ημιαγωγών με στοχευμένες αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών μορίων και συγκεκριμένων επιπέδων ενέργειας μπορούν να παραχθούν αναπαραγώγιμα», λέει η Δρ Sarah Jasmin Finkelmeyer, επιστήμονας στην ομάδα Organic Thin Films and Interfaces, η οποία έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της νέας μεθόδου. . Η τεχνολογική προσέγγιση που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές θέτει τα θεμέλια για την κατασκευή νέων (οπτο-) ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που βασίζονται σε λεπτή μεμβράνη με βελτιστοποιημένες ιδιότητες. Για παράδειγμα, μπορούν να αναπτυχθούν περαιτέρω οργανικά φωτοβολταϊκά στοιχεία που παράγουν αποτελεσματικά ηλεκτρική ενέργεια από το ηλιακό φως, καθώς και λεπτές μεμβράνες που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε χημική ενέργεια.

    Σφραγίδα ώρας:

    Περισσότερα από Νανοχόκ