Perovskiti liquido-cristalline: nuovi materiali per dispositivi elettronici ad alte prestazioni – Le Scienze

Milano, 29 agosto 2024 – Le perovskiti ibride organiche-inorganiche sono materiali semiconduttori cristallini che stanno dimostrando un enorme potenziale per la realizzazione di celle solari a basso costo e ad alta efficienza. Lo studio del Politecnico di Milano, da poco pubblicato sulla prestigiosa Angewandte Chemie International Edition della Società Chimica Tedesca, in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano-Bicocca, ha dimostrato come l’uso di cationi organici fluorurati, oltre a conferire alle perovskiti ibride organiche-inorganiche proprietà idrorepellenti e una notevole stabilità alle diverse condizioni atmosferiche, può essere anche un metodo innovativo per controllarne la struttura e le proprietà optoelettroniche.

Le perovskiti ibride organiche-inorganiche, infatti, sono una classe di materiali semiconduttori costituiti da piccoli cationi organici e alogenuri metallici, ma seppure 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.

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.

“Le perovskiti liquido-cristalline hanno quindi proprietà ottiche ed elettriche uniche che le rendono molto attraenti anche per applicazioni optoelettroniche aldilà del fotovoltaico, come LED, fotorivelatori, sensori e transistor, e supercondensatori con prestazioni eccezionali”. Afferma Pierangelo Metrangolo del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano e primo firmatario del lavoro.

“Lo studio potrebbe perciò aprire nuove prospettive all’impiego di perovskiti liquido-cristalline in ambito fotovoltaico e nello sviluppo di dispositivi optoelettronici ad alta efficienza. 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”. Conclude Gabriella Cavallo del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, co-firmataria del lavoro.

Lo studio:

Perovskite-like Liquid-Crystalline Materials Based on Polyfluorinated Imidazolium Cations
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