Los dispositivos de perovskita se encienden

Nature Electronics volumen 6, página 545 (2023)Cite este artículo

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Las perovskitas de haluros metálicos se utilizan cada vez más en aplicaciones que van más allá de la energía fotovoltaica convencional, desde células solares flexibles para dispositivos portátiles hasta transistores de efecto de campo para informática no convencional.

En los últimos años, la investigación sobre células solares ha estado dominada por el trabajo sobre perovskitas. Estas perovskitas son perovskitas de haluros metálicos, como el yoduro de plomo y metilamonio (CH3NH3PbI3), que tienen la misma estructura cristalina y fórmula química general que el mineral también conocido como perovskita, titanato de calcio (CaTiO3). El trabajo a menudo se centra en la creación de tecnología fotovoltaica a gran escala que podría superar los enfoques comerciales, liderados por el silicio cristalino. Pero las características de estos materiales procesables en solución (que incluyen una fabricación de bajo costo y la capacidad de crear dispositivos flexibles de película delgada) significan que también tienen un valor potencial en aplicaciones menos convencionales. A modo de ejemplo, en un artículo de este número de Nature Electronics, Martin Kaltenbrunner, Wei Gao y sus colegas muestran que se puede utilizar una célula solar de perovskita para alimentar un sensor de sudor portátil.

Los sensores portátiles normalmente dependen de baterías para obtener energía. Pero pueden ser voluminosos y deben recargarse con una fuente externa de electricidad. Las células solares podrían ofrecer una opción más ligera y sostenible. Sin embargo, las células solares de silicio convencionales son rígidas y frágiles, y pueden tener problemas en condiciones de poca luz o interiores. Los investigadores, que trabajan en el Instituto de Tecnología de California y en la Universidad Johannes Kepler de Linz, recurrieron a las células solares de perovskita y, en particular, a un módulo de células solares de perovskita flexible casi bidimensional.

Su sensor de sudor contiene electrodos de iontoforesis para estimular el sudor, microfluidos para muestreo de sudor, sensores electroquímicos para análisis de sudor y un sensor impedimétrico para monitorear la tasa de sudor, así como un sistema basado en Bluetooth para transmisión inalámbrica de datos. A pesar de esta larga lista de funcionalidades, con el módulo de células solares de perovskita (que tiene una eficiencia de conversión de energía de más del 31% bajo iluminación interior), el dispositivo puede funcionar en una variedad de condiciones de iluminación. El equipo demuestra que el sensor portátil puede monitorear continuamente la información fisicoquímica de una persona (niveles de glucosa, pH e iones de sodio, así como la tasa de sudoración y la temperatura de la piel) durante más de 12 horas y durante diversas actividades físicas en interiores y exteriores. (Véase también el artículo adjunto de News & Views sobre el trabajo de Jussi Hiltunen del Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia).

Las propiedades atractivas de las perovskitas de haluros metálicos incluyen altas movilidades de portadores, largas longitudes de difusión y bandas prohibidas sintonizables. Y los materiales se han explorado ampliamente en otros dispositivos optoelectrónicos, incluidos los diodos emisores de luz (LED)1, donde el progreso, como el de las células solares de perovskita, ha sido rápido. En aplicaciones más allá de los dispositivos optoelectrónicos, los avances han sido más lentos. En particular, aunque los trabajos sobre transistores de efecto de campo de perovskita se remontan a 1999, cuando se probaron dispositivos basados ​​en yoduro de feniletilamonio y estaño en capas bidimensionales ((C6H5C2H4NH3)2SnI4), el potencial de tales transistores ha sido incierto. Pero los resultados recientes han sido alentadores.

En un artículo de Perspective en otra parte de este número, Huihui Zhu, Yong-Young Noh y sus colegas analizan el desarrollo de transistores de perovskita de haluro metálico. Los investigadores, que trabajan en institutos de Corea del Sur, China, Italia y Estados Unidos, discuten las propiedades electrónicas y estructurales relevantes de los semiconductores de perovskita de haluro y examinan las limitaciones de los sistemas de perovskita a base de plomo y el potencial de la perovskita a base de estaño. sistemas para ofrecer dispositivos de alto rendimiento. También exploran las aplicaciones potenciales de estos transistores de efecto de campo de perovskita (desde circuitos integrados tridimensionales monolíticos hasta optoelectrónica neuromórfica) y destacan algunos de los desafíos que deben abordarse para crear dispositivos y circuitos prácticos.

Fakharuddin, A. y col. Nat. Electrón. 5, 203–216 (2022).

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Kagan, CR, Mitzi, DB y Dimitrakopoulos, CD Science 286, 945–947 (1999).

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Los dispositivos de perovskita se encienden. Nat Electron 6, 545 (2023). https://doi.org/10.1038/s41928-023-01028-5

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Publicado: 24 de agosto de 2023

Fecha de emisión: agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-023-01028-5

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