Perowskite - Materialien der Zukunft in der optischen Kommunikation

Anorganische Metallhalogenid-Photodetektoren auf Perowskitbasis für optische Kommunikation

19.10.2018 - Schweden

Forscher an den Universitäten in Linköping und Shenzhen haben gezeigt, wie aus einem anorganischen Perowskit ein kostengünstiger und effizienter Fotodetektor wird, der Text und Musik überträgt. "Es ist ein vielversprechendes Material für die zukünftige schnelle optische Kommunikation", sagt Feng Gao, Forscher an der Universität Linköping.

"Perowskite aus anorganischen Materialien haben ein enormes Potenzial, die Entwicklung der optischen Kommunikation zu beeinflussen. Diese Materialien haben schnelle Reaktionszeiten, sind einfach herzustellen und extrem stabil." Das sagt Feng Gao, Senior Dozent an der LiU, der zusammen mit Kollegen wie Chunxiong Bao, Postdoc an der LiU und Wissenschaftlern an der Universität Shenzhen an diesem Projekt gearbeitet hat.

Jede optische Kommunikation erfordert schnelle und zuverlässige Photodetektoren - Materialien, die ein Lichtsignal erfassen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Aktuelle optische Kommunikationssysteme verwenden Photodetektoren aus Materialien wie Silizium und Indiumgalliumarsenid. Aber diese sind teuer, auch weil sie kompliziert herzustellen sind. Darüber hinaus können diese Materialien nicht in einigen neuen Geräten verwendet werden, wie beispielsweise mechanisch flexiblen, leichten oder großflächigen Geräten.

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Seit vielen Jahren suchen Forscher nach kostengünstigen Ersatz- oder zumindest Ergänzungsmaterialien und haben sich beispielsweise mit organischen Halbleitern beschäftigt. Allerdings hat sich der Ladungstransport dieser als zu langsam erwiesen. Ein Photodetektor muss schnell sein.

Seit 2009 sind die neuen Perowskitmaterialien in der Forschung äußerst interessant, wobei der Schwerpunkt auf dem Einsatz in Solarzellen und effizienten Leuchtdioden liegt. Feng Gao, Forscher für Biomolekulare und Organische Elektronik an der LiU, erhielt im Herbst 2016 vom Europäischen Forschungsrat (ERC) einen Starting Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro für die Erforschung der Verwendung von Perowskiten in Leuchtdioden.

Perowskite bilden eine völlig neue Familie von halbleitenden Materialien, die durch ihre Kristallstrukturen definiert sind. Sie können sowohl aus organischen als auch aus anorganischen Stoffen bestehen. Sie haben gute Lichtemissionseigenschaften und sind einfach herzustellen. Für Anwendungen wie lichtemittierende Dioden und effiziente Solarzellen wurden die Perowskite, die aus einer organischen Substanz (die Kohlenstoff und Wasserstoff enthält), Metall und Halogenionen (Fluor, Chlor, Brom oder Jod) bestehen, besonders interessant behandelt. Als diese Zusammensetzung jedoch in Photodetektoren verwendet wurde, erwies sie sich als zu instabil.

Die Ergebnisse änderten sich jedoch, als Chunxiong Bao die richtigen Materialien verwendete und es gelang, den Herstellungsprozess und die Struktur der Folie zu optimieren. Der Film im neuen Perowskit, der nur anorganische Elemente (Cäsium, Blei, Jod und Brom) enthält, wurde in einem System für optische Kommunikation getestet, das seine Fähigkeit bestätigte, Text und Bild schnell und zuverlässig zu übertragen. Die Qualität verschlechterte sich auch nach 2.000 Stunden bei Raumtemperatur nicht.

"Es ist sehr erfreulich, dass wir bereits Ergebnisse erzielt haben, die der Anwendung sehr nahe kommen", sagt Feng Gao, der die Forschung leitet, zusammen mit Professor Wenjing Zhang von der Shenzhen University.

Originalveröffentlichung

Chunxiong Bao, Jie Yang, Sai Bai, Weidong Xu, Zhibo Yan, Qingyu Xu, Junming Liu, Wenjing Zhang, Feng Gao; "High Performance and Stable All‐Inorganic Metal Halide Perovskite‐Based Photodetectors for Optical Communication Applications"; Advanced Materials; 2018

https://www.chemie.de/news/161774/perowskite-materialien-der-zukunft-in-der-optischen-kommunikation.html