Dezvoltarea de foto-tranzistori pe baza de perovskiti halogenati fara plumb pentru o noua generatie de afisaje OLET


Project Director: Dr. Besleaga Stan Cristina

Cod Proiect: PN-III-P1-1.1-PD-2016-1546

Director Proiect: Dr. Cristina Besleaga Stan

Tip Proiect: National

Programul de incadrare al Proiectului:  RESURSE UMANE, PD

Finantat de: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI

Contractor: Institutul National C-D pentru Fizica Materialelor

Status: In desfasurare

Data Inceperii: 02 Mai, 2018

Data Finalizarii: 15 Octombrie, 2020

De curand s-a observat ca perovskiti halogenati sunt adecvati pentru aplicatii opto-electronice si electronice inalt performante. De necontestat este faptul ca, din clasa sa de materiale – perovskiti halogenati, iodura de plumb si metil amoniu detine cele mai bune caracteristici. Perovskiti halogenati pe baza de plumb au concentrat in mod special atentia cercetatorilor ca urmare a performatelor exceptionale ale celulelor solare hibride, in care aceste materiale au rolul de a absorbi lumina solara si de a genera eficient purtatori de sarcina, insa, din cauza toxicitatii plumbului,  asupra lor persista scepticismul legat de utilizarea la scala industriala. Proprietatiile excelente ale perovskitiilor de baza de plumb sunt datorate in general configuratiei electronice, 6s2, a compusului. Aceasta configuratie este intalnita si in alti compusi metalici tranzitionali. Proiectul cauta solutii dincolo de plumb, concentrandu-se asupra perovskitilor halogenati pe basa de stibiu: iodura de stibiu si metil amoniu ((CH3NH3)3Sb2I9).
În ceea ce privește utilitatea lor, datorită coeficientului de absorbție ridicat, valorilor de mobilitate electronice mari si versatilitati de a modifica energia banzii interzise (de la albastru la infrarosu),  perovskiti halogenati pot fi utilizati cu succes atat in celule solare cat si in foto-tranzistori. O cosecinta a fabricarii cu succes a foto-tranzistorilor pe baza de perovskit halogenat este dezvoltarea tranzistorilor cu emisie de lumina, dispozitive ce vor sta la baza noilor generatii de afisaje electronice. Foto-tranzistorii pe baza de perovskiti halogenati deschid noi directii de cercetare, iar acest proiect creeaza oportunitatea de a explora acest subiect nou si binenteles, intrigant.
Obiectivul principal al acestui proiect este de a fabrica photo-tranzistori pe baza de perovskiti halogenati si de a investiga modul in care lumina infuenteaza mecanismele de transport in perovskitii halogenati fara plumb.

Director de proiect: Dr. Cristina Besleaga Stan

Mentor: Dr. Lucian Pintilie

Tranzistor de baza de(CH3NH3)3Sb2I9-xClx

Etapa I

Rezultate:

S-au obtinut filme de (CH3NH3)3Sb2I9-xClx folosind doua metode: in doi pasi (plecand de la stratul anorganic depus prin centrifugare sau evaporare) si intr-un singur pas (din solutie).

Imersarea filmelor de SbI3 in solutie de CH3NH3Cl conduce la dizolvarea totala si foarte rapida a stratului de SbI3, indiferent de solventul folosit in obtinerea solutiei de CH3NH3Cl: alcool isopropilic anhidru, DMSO ((CH3)2SO), DMF ((CH3)2NC(O)H), toluen (C7H8), clor-benzen (C6H5Cl) ori hexan (C6H14). Astfel, nu se pot obtine, in doi pasi, filme de (CH3NH3)3Sb2I9-xClx folosind doar metode umede/chimice. In consecinta, s-a optat pentru obtinerea CH3NH3Cl prin evaporare termica. Conform rezultatelor XRD, filmele fabricate in doi pasi prezinta predominant faza pur organica (CH3NH3Cl). Exista indicii, obtinute prin analizele FTIR si cele UV-VIS-NIR, ca reactia de obtinere a perovskitului halid a avut loc, insa nu in intreg volumul materialului.

Filmele de (CH3NH3)3Sb2I9-xClx obtinute intr-un singur pas, din solutie, prezinta un aspect uniform si au o cristalinitate mult imbunatatita in raport cu cele obtinute prin doi pasi. In etapele urmatoare s-a continuat cu optimizarea proprietatilor fizico-chimice a straturilor de perovskiti halogenati obtinute prin centrifugare, din solutie.

 

Conferinte:

EMRS 2018 Fall – Varsovia, Polonia, poster "Lead-free halide perovskite for field effect thin film transistors”, autori: C. Beșleagă, R. Radu, L. Bălescu, V. Stancu, L. Pintilie.

 

Etapa II

Resultate:

Au fost caracterizati electric tranzistori pe baza de (CH3NH3)3Sb2I9-xClx. Dispozitivele analizate au fost fabricate plecand de la suport comercial de Si++/ SiO2 (electrod/ dielectric de poarta) si pe suport transparent de sticla sau cuart acoperita cu electrod transparent de poarta (AZO sau ITO) peste care s-a depus, prin pulverizare magnetron in regim RF, stratul dielectric (SiO2; AlN/SiO2; Al2O3/SiO2) si contactele transparete cu rol de sursa si drena.

Functionarea tranzistorilor cu efect de camp pe baza de perovskit halid cu Sb este semnificativ influentata de prezenta ionilor mobili din volumul acestuia. A fost pusa in evidenta formarea jonctiunii p-n in volumul perovskitului halogenat pe baza de Sb.

 

Conferinte:

Conferinta Internationala CAS 2019, „Replacing Pb with Sb in Halide Perovskite for Field EffectThin Film Transistors”, C. Besleaga, V. Stancu, C. Ciobotaru, S. Polosan, H. Saidi, G. Stan, L. Pintilie

Articole:

  1. „Ferroelectric field effect transistors based on PZT and IGZO”, autori: Besleaga, R. Radu, L.-M. Balescu, V. Stancu, A. Costas, V. Dumitru, G. Stan, L. Pintilie, Journal of the Electron Devices Society 7 (2019) 268, WOS: 000460753000038.
  2. „The hysteresis-free behavior of perovskite solar cells from the perspective of the measurement conditions”, autori: A. Nemnes, C. Besleaga, A.G. Tomulescu, L.N. Leonat, V. Stancu, A. Manolescu, I. Pintilie, Journal of Materials Chemistry C 7 (2019) 5267, WOS: 000472443000006.

 

Etapa III

Resultate:

Instabilitatea tranzistorilor pe baza de perovskiti halogenati reprezinta o problema inca nerezolvata. Aceasta isi are, de fapt, originea in instabilitatea fizico-chimica a perovskitului halogenat. Factorii care conduc la degradarea perovskitilor halogenati pe baza de Pb sunt binecunoscuti: umiditatea, expunerea la lumina UV si oxidare.

Perovskitilor halogenati pe baza de Sb, fabricati in cadrul acestiu proiect, sunt afectati deasemenea de instabilitate fizico-chimica, fapt ce a condus la o degradare ireversibila a dispozitivelor TFT caracterizata printr-o scadere semnificativa a curentului corectat intre sursa si drena si a anularii efectului de camp.

Totodata, in cazul tranzitorilor pe baza de (CH3NH3)3Sb2I9-xClx, s-a evidentiat in cadrul proiectului ca dispozitivele sunt afectate si de o instabilitate pe termen scurt, legata de raspunsul lor electric ce este afectat de migrarea ionilor in volumul perovskitului halogenat.

Au fost obtinute micro-cristale de perovskit halogenat pe baza de Sb, avand forma unor plachete ultra-subtiri hexagonale. Acestea au fost analizate multi-parametric (structural, optic, si electric). Analiza de fotoluminiscenta a condus la concluzia ca aceste cristale au emisie de lumina. Tranzistorii fabricati pe structuri transparente avand ca strat activ micro-cristalele de perovskit halogenat sunt caracterizati printr-un raspuns electric predominat de prezenta ionilor incarcati electric.

 

Articole:

  1. „Influence of doping the inorganic cation with Eu or Sb on the properties of perovskite films”, autori: Stancu, L.N. Leonat, A. G. Tomulescu, S. Derbali, L. Pintilie, C. Besleaga, A.C. Galca, F. Neatu, S. Neatu, M. Florea, I. Pintilie, Physica Scripta 75 (2020) 7, WOS: 000536270000001;
  2. „The behaviour of gold metallized AlN/Si and AlN/glass based SAW structures as temperature sensors”, autori: Nicoloiu, G. E. Stan, C. Nastase, G. Boldeiu, C. Besleaga, A. Dinescu, A. Müller, IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frecquency Control – acceptat.

Tranzistor de baza de(CH3NH3)3Sb2I9-xClx

  1. „Ferroelectric field effect transistors based on PZT and IGZO”, autori: Besleaga, R. Radu, L.-M. Balescu, V. Stancu, A. Costas, V. Dumitru, G. Stan, L. Pintilie, Journal of the Electron Devices Society 7 (2019) 268, WOS: 000460753000038.
  2. „The hysteresis-free behavior of perovskite solar cells from the perspective of the measurement conditions”, autori: A. Nemnes, C. Besleaga, A.G. Tomulescu, L.N. Leonat, V. Stancu, A. Manolescu, I. Pintilie, Journal of Materials Chemistry C 7 (2019) 5267, WOS: 000472443000006.
  3. „Influence of doping the inorganic cation with Eu or Sb on the properties of perovskite films”, autori: Stancu, L.N. Leonat, A. G. Tomulescu, S. Derbali, L. Pintilie, C. Besleaga, A.C. Galca, F. Neatu, S. Neatu, M. Florea, I. Pintilie, Physica Scripta 75 (2020) 7, WOS: 000536270000001;
  4. „The behaviour of gold metallized AlN/Si and AlN/glass based SAW structures as temperature sensors”, autori: Nicoloiu, G. E. Stan, C. Nastase, G. Boldeiu, C. Besleaga, A. Dinescu, A. Müller, IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frecquency Control – acceptat.
  5. "Optoelectronic Properties of (CH3NH3)3Sb2I9 crystals" , autori: C. Besleaga, I.C. Ciobotaru, V. Stancu, A.C. Galca, I. Pintilie, L. Pintilie - in preparare.

CRISTINA BESLEAGA STAN, Doctor in Fizica

Cercetator stiintific gradul II

Departament: Laboratorul de Materiale si Structuri Multifunctionale


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2022 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved