Get best of the week

Tur foto: apa yang mereka lakukan di laboratorium nanofotonik hibrida dan optoelektronika dari Institut Fisika Baru ITMO

Sementara semua orang di rumah, saatnya untuk berbicara tentang proyek dan teknologi yang sedang dikerjakan di dinding kita, dan juga untuk membahas peralatan: kotak sarung tangan, ruang vakum dan reagen.

Perhatian: di bawah kucing ada banyak foto.

Lebih banyak foto tur laboratorium universitas:




Apa yang dilakukan laboratorium


Laboratorium nanophotonics hybrid dan optoelektronik telah ada selama tiga tahun di ITMO Engineering Center . Ini mengembangkan produk berdasarkan perovskit hybrid . Ini adalah bahan dengan penyerapan cahaya tinggi dalam rentang yang terlihat. Misalnya, ratusan silikon mikron tebal menyerap radiasi sebanyak perovskit satu mikron. Karena sifat fisik yang unik, telah ditemukan aplikasi dalam produksi sel elektrokimia pemancar cahaya ( sel elektrokimia pemancar cahaya, LEC ), sel surya dan nanolas .

Masih berdasarkan laboratorium, para siswa diajar. Pada dasarnya, bujangan dan master Fisika Teknik Fisika ITMO pergi ke sini, tetapi ada mahasiswa dari fakultas lain dan bahkan universitas - Institut SCAMT, Universitas Akademik dan Elektroteknik. Siswa junior terlibat dalam kegiatan proyek. Mereka mendapatkan pengalaman dalam tim dan motivasi untuk belajar mandiri.

Sarjana melakukan penelitian dalam rangka persiapan pekerjaan kualifikasi. Anak-anak paling berbakat mendapatkan kesempatan untuk melanjutkan studi mereka sebagai mahasiswa pascasarjana di Fakultas Fisika dan Teknologi. Salah satu pengawas adalah Anvar Zakhidovyang memiliki laboratorium di Dallas. Ini menghasilkan nanotube karbon, bahan lain yang menjanjikan. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk menghasilkan LED transparan dengan karakteristik kecerahan yang baik atau LED cascading. Emitor mereka terletak di bawah satu sama lain, dan tidak berdampingan. Pendekatan ini mengurangi ukuran tampilan.

Peralatan dan peralatan


Alat utama di laboratorium adalah kotak sarung tangan. Ini adalah wadah kedap udara untuk bekerja dengan zat dan pereaksi di lingkungan yang terkendali. Dalam foto di bawah ini - instalasi MBraun, ruang yang diisi dengan nitrogen murni. Ini adalah gas inert, sehingga tidak berinteraksi dengan perovskit, dan juga memindahkan oksigen dan uap air dari ruang. Efek serupa dapat dicapai dengan menggunakan argon, tetapi lebih mahal dan lebih sulit didapat di St. Petersburg.



Bekerja dengan kotak membutuhkan keterampilan tertentu. Penting untuk memastikan bahwa sampel dimasukkan dengan benar ke dalam bilik, jika tidak ada risiko bahwa sumber nitrogen perangkat terbuang sia-sia. Oleh karena itu, setiap karyawan baru menjalani kursus pelatihan.





Salah satu kotak sarung tangan disediakan untuk bekerja dengan solusi perovskite. Ini adalah perovskites yang diencerkan dengan garam dan pelarut DMSO (dimethyl sulfoxide ) dan DMF ( dimethylformamide ). Mereka disimpan dalam tabung reaksi kecil.


Larutan perovskit


Tabung reaksi ditandatangani dan disimpan dalam wadah plastik

Film tipis perovskit diperoleh dari larutan. Zat ini disemprotkan pada gelas khusus, yang dipasang pada kartrid centrifuge dan tidak terpilin. Pada titik tertentu, anti-pelarut ditambahkan padanya. Akibatnya, bahan mengendap, membentuk film.



Perovskit yang berbeda memiliki sifat unik. Oleh karena itu, spesialis laboratorium terus mempraktikkan teknologi aplikasi mereka.



Film jadi harus disimpan dalam kotak lembam. Tetapi untuk pergerakan jangka pendek mereka selama penelitian, diperbolehkan menggunakan cawan Petri biasa.



Juga, laboratorium nanophotonics hibrida dan optoelektronika terlibat dalam sintesis perovskit. Untuk ini, ada semua reagen dan garam yang diperlukan.



Dengan mengubah volume garam dalam larutan, dimungkinkan untuk "memindahkan" zona terlarang perovskit dari 1,5 eV ke 3 eV. Fitur ini memungkinkan Anda mengumpulkan sel surya yang mengalir yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Cukup membuat beberapa perovskit dengan berbagai properti dan membuat perangkat multilayer darinya.



Di salah satu kotak sarung tangan ada ruang penyemprotan termal untuk produksi produk dioda. Itu di bawah vakum, karena kemurnian adalah parameter yang sangat penting ketika bekerja dengan nanofotonik. Ruangan itu sendiri adalah bejana tertutup dengan empat kompor terkontrol - cawan lebur, di mana zat yang disemprotkan dimuat. Dua cawan lebur untuk logam, dua untuk senyawa logam-organik.

Selama operasi, ruang dipompa ke ruang hampa rata-rata - sekitar 2,10 -6 atmosfer - dan wadah dipanaskan hingga suhu penguapan bahan yang dimuat. Kemudian pasangan ini bergegas, di mana mereka disimpan melalui topeng ke sampel (film perovskite).



Topeng memungkinkan Anda untuk memilih hampir semua desain film yang disemprot. Ini bisa berupa elektroda logam untuk menghubungkan perangkat, serta penghalang lapisan karbon sehingga lapisan tetangga tidak saling berinteraksi. Topeng itu sendiri melekat pada bingkai stensil dengan sekrup. Pada suatu waktu, kamera dapat menyemprotkan empat modul dengan ukuran 25x25 mm (pada gambar di bawah, ini adalah tanda kuning ).


Contoh disk

Dalam produksi LED (atau sel surya), kontak bawah dibuat dari ITO komersial ( indium tin oxide) - bahan tembus cahaya. Menggunakan metode photolithography, masing-masing empat strip 3 mm terukir di dalamnya. Kotak sarung tangan diaplikasikan dengan lapisan transport, aktif dan penghalang di atas, dan kemudian kontak logam - elektroda disemprotkan. Elektroda juga empat strip 3 mm, tetapi tegak lurus dengan kontak ITO. Dengan demikian, piksel perangkat perovskite muncul di persimpangan - hanya enam belas buah ukuran 3x3 mm pada setiap modul.



Kotak laboratorium bertekanan lain digunakan untuk mengkarakterisasi perangkat perovskite. Peralatan pengukur dipasang di dalam: dua simulator surya, spektrometer kompak dan spektroradiometer. Yang terakhir adalah kamera untuk menilai penerangan LED - cd / m2, lux.

Sebuah bola integrasi juga didirikan di sana. Dia melakukan semuanya sama seperti spraktroradiometer, hanya sedikit lebih akurat, karena dia "mengumpulkan" cahaya dioda dari semua sisi.


Pengukur sumber Keithley 2400 Pengukur sumber Keithley 2400

juga dapat digunakan oleh spesialis laboratorium dan memungkinkan Anda untuk mengukur karakteristik tegangan arus dari perangkat film tipis. Foto di bawah ini menunjukkan sampel demo - LED dengan elektroda atas yang disemprot.





Di salah satu kamar ada sistem untuk penentuan operasi film yang cepat. Di dalamnya ada jarum suntik dengan In-Ga eutectic dan buaya". Eutectic memungkinkan Anda untuk secara langsung terhubung ke perovskite agar tidak "membersihkan" kontak di ruang termal. "Crocodile" memainkan peran kontak tekanan untuk melewatkan arus melalui LED dan menyalakannya. Dengan cara ini, spektrum electroluminescence dapat diukur.

Perangkatnya sangat kecil, dan Anda harus bekerja dengan sarung tangan karet. Mengencangkan mur di dalamnya sudah merupakan masalah besar. Karena itu, ada kunci pas dan pinset di dalam sel.



Ruang uji ekspres juga memiliki profilometer - itu hanya "jari" yang naik di permukaan dan melihat profilnya. Dengan bantuannya menentukan ketebalan film, kekasaran, morfologi.



Perangkat lain adalah mikroskop optik. Ini adalah salah satu instrumen utama karena spektrometer serat terhubung ke sana. Sistem ini memungkinkan Anda merekam secara lokal spektrum fotoluminesensi, transmisi, refleksi dari film. Ketika siswa menumbuhkan partikel nano, mereka dapat mempelajari karakteristik cahaya salah satunya. Ini penting karena, tergantung pada ukuran partikel, panjang gelombang fotoluminesensi bergeser dan karakteristik lainnya berubah.

Fasilitas laboratorium lainnya


Sebuah ruang kimia tersembunyi di balik salah satu pintu laboratorium.



Terletak di wilayahnya diizinkan secara eksklusif di overall. Semuanya ketat dengan ini - pelanggar dihapus dari proyek.



Selain ruang kimia, laboratorium memiliki ruang terbuka sendiri. Kamar ini adalah ruang dansa yang dikonversi.



Modifikasi Terbaru


Basis teknologi laboratorium nanophotonics hibrida dan optoelektronika secara teratur ditingkatkan. Sebuah tungku wadah dibeli tahun lalu. Ini digunakan untuk menghasilkan lapisan transportasi dalam sel surya berbasis perovskit yang sangat efisien. Temperatur tinggi membantu memanaskan substrat kaca, mempercepat difusi kontak logam ke dalam struktur lapisan transpor sel surya perovskit, dan bekerja dengan titik kuantum anorganik.

Blok reaksi juga dibeli untuk sintesis nanopartikel anorganik dan pembentukan lapisan aktif dalam LED perovskit, nano- dan mikroliter.

Laboratorium baru-baru ini memperoleh sistem untuk mempelajari generasi harmonik optik dari radiasi yang koheren. Itu memungkinkan untuk mempelajari sifat optik nonlinier berdasarkan senyawa organo-anorganik dengan struktur nanofotonik terintegrasi.

Imitansi meter presisi (LRC meter) juga telah muncul, yang memungkinkan memperoleh karakteristik frekuensi dari impedansi film perovskit, serta LED dan panel surya berdasarkan pada mereka. Berkat dia, dimungkinkan tidak hanya untuk mengkarakterisasi bahan dari lapisan fotoaktif, tetapi juga untuk menarik kesimpulan tentang kualitas kontak perangkat ketika mempraktikkan teknologi deposisi mereka.


Di sebelah kiri adalah sistem untuk mempelajari generasi harmonik optik dari radiasi yang koheren. Kanan: laboratorium nanofotonik dan optoelektronika hibrida pada Januari 2019


Di sebelah kiri adalah meter immitance presisi (LRC meter). Di sebelah kanan adalah tungku wadah.

Selain peralatan, arah penelitian baru muncul. Salah satunya terkait dengan sintesis kristal perovskit dengan bentuk dan ukuran tertentu. Mereka memungkinkan untuk mendaftarkan efek nonlinier yang menarik dan mendapatkan bahan nano fungsional. Jadi, pada tahun 2019, para insinyur mengembangkan laser dielektrik terpompa optik terkecil. Resonator dalam laser adalah kristal perovskit kubik. Ukurannya berkorelasi dengan radiasi material yang telah lama dimenangkan.

Area lain yang aktif berkembang di laboratorium adalah pengembangan perangkat "bifunctional". Ini adalah film tipis perovskit, yang, tergantung pada voltase yang diberikan, dapat bekerja baik dalam mode baterai surya dan dalam mode LED. Prototipe dan paten pertama telah diterima. Di masa depan, film semacam itu akan menemukan aplikasi dalam penerapan jendela pintar - ketika jendela kaca ganda mengisi baterai di siang hari, dan di malam hari berfungsi sebagai sumber cahaya yang diperpanjang.


Posting baru dari Habrablog kami:


More articles:


All Articles