I ricercatori della UC Berkeley offrono nuove informazioni sull'uso dei semiconduttori perovskite e sui loro limiti

20 ore fa p Luke James Gli scienziati dell'Università di California Berkeley hanno creato un diodo a emissione di luce blu (LED) usando la perovskite agli alogenuri - un nuovo materiale semiconduttore - che supera una barriera importante nell'uso di questi materiali economici e facili da realizzare nei dispositivi elettronici. Durante la loro ricerca, gli scienziati della UC Berkeley hanno identificato una caratteristica delle perovskiti agli alogenuri che possono mettere una barra su di esse da utilizzare come semiconduttori e celle solari. Tuttavia, questa caratteristica può far posto a un uso completamente nuovo per le perovskiti che supera la proprietà dei semiconduttori esistenti. Un grafico che raffigura i cambiamenti strutturali della perovskite ad alogenuri blu dopo essere stati riscaldati. Immagine usata per gentile concessione dell'Università della California, Berkeley. In un articolo pubblicato sulla rivista Science Advances, lo scienziato della UC Berkley ha presentato le proprie ricerche e scoperte, dimostrando che i fattori ambientali - sostanze chimiche, temperatura e umidità - causano il cambiamento della struttura del cristallo. Ciò interrompe le loro caratteristiche elettroniche e ottiche e le rende intrinsecamente instabili in applicazioni in cui l'ambiente fisico e chimico non può essere controllato da vicino. Peidong Yang, capo progetto e direttore del Kavli Energy NanoSciences Institute, ha dichiarato: "Alcune persone potrebbero dire che questo è un limite. Per me, questa è una grande opportunità. Questa è nuova fisica: una nuova classe di semiconduttori che può essere prontamente riconfigurata, a seconda del tipo di ambiente in cui li metti. Potrebbero essere un sensore davvero buono, forse un ottimo fotoconduttore, perché saranno molto sensibili nella loro risposta alla luce e ai prodotti chimici. " I semiconduttori di oggi sono realizzati in silicio o nitruro di gallio. Questi sono estremamente stabili in una vasta gamma di applicazioni e ambienti grazie ai forti legami covalenti che tengono insieme le loro strutture cristalline. Al contrario, i legami che tengono insieme i cristalli di perovskite agli alogenuri sono legami ionici più deboli - come quelli che si trovano nei cristalli di sale - e questo li rende entrambi più facili da creare ma più sensibili alle condizioni ambientali come la temperatura e l'umidità. Yang ha aggiunto: "Questo documento non si limita a dimostrare che abbiamo realizzato questo LED blu ... Stiamo anche dicendo alle persone che dobbiamo davvero prestare attenzione all'evoluzione strutturale dei perovskiti durante il funzionamento del dispositivo, ogni volta che guidate questi perovskiti con un corrente elettrica, che si tratti di un LED, di una cella solare o di un transistor. Questa è una proprietà intrinseca di questa nuova classe di semiconduttori e influenza in futuro qualsiasi potenziale dispositivo optoelettronico utilizzando questa classe di materiale. " Due diversi tipi di cristalli di perovskite blu che emettono luce. Immagine usata per gentile concessione dell'Università della California, Berkely. È difficile produrre diodi perovskite a emissione blu a causa del metodo utilizzato per far crescere i cristalli come un film sottile. Ciò favorisce la formazione di altre strutture cristalline, ciascuna che emette a una diversa lunghezza d'onda. Quando gli elettroni si muovono rapidamente verso quei cristalli, produce luce rossa. Per evitare ciò, Yang e il suo team hanno sviluppato cristalli di perovskite in un unico strato. Quindi, usando un processo a bassa tecnologia per produrre grafene, hanno usato il nastro per rimuovere un singolo strato uniforme di perovskite. Quando integrato in un circuito in tensione, emetteva una luce blu che differiva in lunghezza d'onda al variare del numero di strati di perovskite. Ogni strato è separato l'uno dall'altro da uno strato molecolare organico che consente una facile separazione e salvaguardia della superficie. La ricerca del team ha anche dimostrato che le perovskiti che emettono luce blu alterano i loro colori di emissione insieme alla temperatura, qualcosa che ha applicazioni potenzialmente affascinanti secondo Yang. "Dobbiamo pensare in diversi modi di utilizzare questa classe di semiconduttori", ha detto. “Non dovremmo mettere le perovskiti agli alogenuri nello stesso ambiente applicativo di un semiconduttore covalente tradizionale, come il silicio. Dobbiamo renderci conto che questa classe di materiale ha proprietà strutturali intrinseche che lo rendono pronto per la riconfigurazione. Dovremmo utilizzarlo. " Lo studio è stato finanziato dal programma di scienze energetiche di base del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.