Ein elektronischer Regenbogen: Perowskit-Spektrometer mit Tintenstrahldrucker
© AdobeStock_180217487_Rainbow colored equalizer effect
Mit drei Perowskit-Vorläufertinten können unterschiedliche Metallhalogenidperowskite gedruckt werden. © 10.1002/adem.202101111
Mit einem Tintenstrahldruckverfahren haben Teams aus dem Innovation Lab HySPRINT am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) Photodetektoren auf Basis von hybriden Perowskit-Halbleitern produziert. Durch gezieltes Abmischen von nur drei „Tinten“ konnten sie die Eigenschaften des Halbleiters während des Druckvorgangs präzise einstellen. Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie eine etablierte Herstellungsmethode, die eine schnelle und kostengünstige Verarbeitung von Lösungen ermöglicht. Die Ausweitung von der großflächigen Beschichtung auf die kombinatorische Materialsynthese eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung verschiedener elektronischer Komponenten in einem einzigen Druckschritt.
Metallhalogenid-Perowskite sind eine faszinierende Materialklasse mit einem breiten Spektrum von möglichen Anwendungen in der Optoelektronik und Photovoltaik. Die Herstellung elektronischer Bauteile mit diesem Material ist besonders attraktiv, weil sie aus einer Lösung, d. h. aus einer Tinte, möglich ist. Kommerziell erhältliche Salze werden in einem Lösungsmittel gelöst und dann auf ein Substrat aufgebracht. Die Gruppe um Prof. Emil List-Kratochvil, Leiter einer gemeinsamen Forschungsgruppe am HZB und der HU, konzentriert sich darauf, solche Bauelemente mit Hilfe von Herstellungsverfahren wie dem Tintenstrahldruck herzustellen. Der Drucker trägt die Tinte auf ein Substrat auf und nach dem Trocknen bildet sich ein dünner Halbleiterfilm. Durch die Kombination mehrerer Schritte mit verschiedenen Materialien lassen sich Solarzellen, LEDs oder Photodetektoren in wenigen Minuten herstellen.
Kombinatorischer Ansatz
Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie bereits eine etablierte Technik, nicht nur für Zeitungen und Zeitschriften, sondern auch für Funktionsmaterialien. Metallhalogenid-Perowskite sind für den Tintenstrahldruck besonders interessant, da ihre Eigenschaften durch ihre chemische Zusammensetzung eingestellt werden können. Forschungsgruppen am HZB haben bereits Solarzellen und LEDs aus Perowskiten im Tintenstrahldruck hergestellt. Diese Fähigkeiten wurden 2020 weiter ausgebaut, als die Gruppe von Dr. Eva Unger erstmals einen kombinatorischen Ansatz für den Tintenstrahl-Druck nutzte, um verschiedene Perowskit-Zusammensetzungen auf der Suche nach einem besseren Solarzellenmaterial zu drucken.
Gedrucktes Spektrometer
In der aktuellen Arbeit hat das Team um Prof. Emil List-Kratochvil nun eine spannende Anwendung für eine große Perowskit-Serie in wellenlängenselektiven Photodetektoren gefunden. "Der kombinatorische Tintenstrahldruck kann nicht nur zum Screening verschiedener Materialzusammensetzungen für Solarzellenmaterialien verwendet werden", erklärt er, "sondern ermöglicht uns auch die Herstellung mehrerer, separater Bauelemente in einem einzigen Druckschritt." Im Hinblick auf ein industrielles Verfahren würde dies die Produktion der unterschiedlichsten elektronischen Bauelemente ermöglichen. In Kombination mit gedruckten elektronischen Schaltkreisen würden Photodetektoren ein einfaches Spektrometer bilden: papierdünn, auf eine beliebige Oberfläche gedruckt, potenziell flexibel, ohne die Notwendigkeit eines Prismas oder Gitters zur Trennung der eingehenden Wellenlängen.
- Schlüsseltechnologie für eine Zukunft ohne fossile EnergieträgerIm Juni und Juli 2025 verbrachte der Katalyseforscher Nico Fischer Zeit am HZB. Es war sein „Sabbatical“, für einige Monate war er von seinen Pflichten als Direktor des Katalyse-Instituts in Cape Town entbunden und konnte sich nur der Forschung widmen. Mit dem HZB arbeitet sein Institut an zwei Projekten, die mit Hilfe von neuartigen Katalysatortechnologien umweltfreundliche Alternativen erschließen sollen. Mit ihm sprach Antonia Rötger.
- 5000. Patient in der Augentumortherapie mit Protonen behandeltSeit mehr als 20 Jahren bieten die Charité – Universitätsmedizin Berlin und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) gemeinsam die Bestrahlung von Augentumoren mit Protonen an. Dafür betreibt das HZB einen Protonenbeschleuniger in Berlin-Wannsee, die medizinische Betreuung der Patienten erfolgt durch die Charité. Anfang August wurde der 5000. Patient behandelt.
- Iridiumfreie Katalysatoren für die saure Wasserelektrolyse untersuchtWasserstoff wird künftig eine wichtige Rolle spielen, als Brennstoff und als Rohstoff für die Industrie. Um jedoch relevante Mengen an Wasserstoff zu produzieren, muss Wasserelektrolyse im Multi-Gigawatt-Maßstab machbar werden. Ein Engpass sind die benötigten Katalysatoren, insbesondere Iridium ist ein extrem seltenes Element. Eine internationale Kooperation hat daher Iridiumfreie Katalysatoren für die saure Wasserelektrolyse untersucht, die auf dem Element Kobalt basieren. Durch Untersuchungen, unter anderem am LiXEdrom an der Berliner Röntgenquelle BESSY II, konnten sie Prozesse bei der Wasserelektrolyse in einem Kobalt-Eisen-Blei-Oxid-Material als Anode aufklären. Die Studie ist in Nature Energy publiziert.