Perovskiter framtidens material för optisk kommunikation

– Perovskiter av oorganiska material har stora möjligheter att påverka utvecklingen av den optiska kommunikationen, materialet har snabb svarstid, är enkelt att tillverka och är stabilt under lång tid. Det säger Feng Gao, universitetslektor vid LiU som tillsammans med bland andra Chunxiong Bao, postdoktor vid LiU, och kolleger vid Shenzhen University publicerat nya resultat i ansedda Advanced Materials.

All optisk kommunikation kräver snabba och pålitliga fotodetektorer för att fungera, material som fångar upp ljuset och omvandlar det till en elektrisk signal. I dagens optiska kommunikationssystem används fotodetektorer i material som kisel och Indium-gallium-arsenid. Men de är dyra, bland annat beroende på att de är komplicerade att tillverka. De kan heller inte användas i applikationer där det krävs låg vikt, böjbara former eller stora ytor.

Forskarna har i många år försökt hitta billiga ersättningsmaterial, exempelvis bland de organiska halvledande materialen. Men här har laddningstransporten visat sig vara lite för långsam. En fotodetektor behöver vara snabb.

Sedan 2009 har de nya perovskitmaterialen varit högintressanta för forskningen, men främst för användning i solceller och effektiva lysdioder. Feng Gao, forskare vid avdelningen Biomolekylär- och organisk elektronik vid LiU, fick hösten 2016 Europeiska forskningsrådets, ERC:s, Starting Grant på 1,5 miljoner euro för forsknings kring lysdioder i perovskitmaterial.

Perovskiter är en helt ny familj av halvledande material som definieras av sin kristallstruktur och de kan bestå av både organiska och oorganiska ämnen. De har goda ljusemitterande egenskaper och är enkla att tillverka. För billiga lysdioder och effektiva solceller har störst intresse ägnats åt perovskiter som består av ett organiskt ämne (kol och väte) samt metall- och halogenjoner (fluor, klor, brom eller jod). Men för användning som fotodetektorer har den blandningen visat sig vara för instabil.

När Chunxiong Bao däremot hittade rätt bland materialen, och dessutom lyckades optimera tillverkningsprocessen och strukturen på filmen, blev resultatet ett annat.

Filmen i den nya perovskiten, som bara består av oorganiska molekyler - cesium, bly, jod och brom, testades i ett system för optisk kommunikation och visade sig kunna överföra både text och bild, snabbt och säkert. Ingen försämring upptäcktes ens efter 2000 timmar i vanlig rumstemperatur.

– Det är roligt att vi redan fått fram resultat som ligger så nära en applikation, säger Feng Gao som tillsammans med professor Wenjing Zhang vid Shenzhen University ansvarar för forskningen.

Artikeln: High Performance and Stable All‐Inorganic Metal Halide Perovskite‐Based Photodetectors for Optical Communication Applications.

Chunxiong Bao, Jie Yang, Sai Bai, Weidong Xu, Zhibo Yan, Qingyu Xu, Junming Liu, Wenjing Zhang and Feng Gao. Advanced Materials 2018, DOI 10.1002/adma.201803422

Kontakt:

Feng Gao, feng.gao@liu.se, 013 28 68 82