Ecco i materiali innovativi per fotovoltatico, LED, sensori, transistor

Pannelli solari. Ma anche LED, sensori e transistor, supercondensatori, tutti con proprietà ottiche ed elettriche uniche grazie alle perovskiti ibride organiche-inorganiche. Ecco a cosa potranno portare i risultati di un importante studio, condotto dal Politecnico di Milano in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano-Bicocca.

Lo studio del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del PoliMi con UniBicocca riguarda le perovskiti ibride organiche-inorganiche: ovvero materiali semiconduttori cristallini che già stanno dimostrando un enorme potenziale per la realizzazione di celle solari a basso costo e ad alta efficienza.

Pubblicato sulla Angewandte Chemie International Edition della Società Chimica Tedesca, lo studio ha dimostrato come l’uso di cationi organici fluorurati, oltre a conferire alle perovskiti ibride organiche-inorganiche proprietà idrorepellenti e una notevole stabilità rispetto alle diverse condizioni atmosferiche, può essere anche un metodo innovativo per controllarne la struttura e le proprietà optoelettroniche. 

I limiti attuali delle perovskiti ibride organiche-inorganiche

Nonostante le perovskiti ibride organiche-inorganiche siano potenzialmente molto interessanti, la loro commercializzazione su larga scala è oggi ostacolata principalmente dalla loro bassa stabilità all’aria e all'umidità. Inoltre, la presenza di difetti, ovvero imperfezioni del reticolo cristallino, può generare degli “stati trappola” che interferiscono con il movimento dei portatori di carica (elettroni e lacune) generati dalla luce all’interno del materiale, intrappolandoli e provocando così perdite di energia elettrica.

L’innovazione

I ricercatori hanno dimostrato che grazie alle interazioni fluoro-fluoro e alla segregazione delle porzioni fluorurate, la struttura ordinata del materiale viene mantenuta anche ad alte temperature, quando il materiale stesso è nello stato fuso e dà luogo a un comportamento liquido cristallino (LC). Questo rappresenta un aspetto molto importante perché può essere alla base di altri fenomeni come la ferroelettricità e il ferromagnetismo.

Primo caso di materiale perovskitico liquido-cristallino

Ecco allora che “le perovskiti liquido-cristalline hanno proprietà ottiche ed elettriche uniche che le rendono molto attraenti anche per applicazioni optoelettroniche aldilà del fotovoltaico - spiega Pierangelo Metrangolo, primo firmatario del lavoro -, come LED, fotorivelatori, sensori e transistor, e supercondensatori con prestazioni eccezionali.

“Lo studio potrebbe aprire nuove prospettive all’impiego di perovskiti liquido-cristalline in ambito fotovoltaico e nello sviluppo di dispositivi optoelettronici ad alta efficienza ha sottolinea anche Gabriella Cavallo, co-firmataria del lavoro -. I nostri risultati gettano nuova luce sulla chimica e sulle relazioni struttura-proprietà nel panorama in evoluzione delle perovskiti ad alogenuri metallici, riportando il primo caso di materiale perovskitico liquido-cristallino, andando così oltre la visione limitata alle classiche perovskiti prevalentemente cristalline”.