Las nanopartículas de perovskita son consideradas como la próxima generación de materiales ópticos que pueden lograr el desarrollo de dispositivos de iluminación de alta eficiencia y colores vívidos, todo ello con unos costes de fabricación bajos. Un estudio reciente ha desarrollado una técnica simple para extraer los tres colores primarios (rojo, verde, azul) de este material.

Este avance ha sido liderado por el profesor Jin Yong KIm en la Escuela de Energía e Ingeniería Química en UNIST. En el estudio, el equipo de investigación introdujo una técnica simple que controla libremente los espectros emisores de luz mediante el ajuste de los haluros de aniones en materiales de perovskita. La clave reside en ajustar los haluros de aniones simplemente disolviéndose en solventes para lograr luces rojas, azules y verdes. La aplicación de esta técnica a la fabricación de LEDs puede dar como resultado el desarrollo de dispositivos de iluminación y pantallas con una calidad de imagen nítida

La perovskita es un material semiconductor con una estructura especial, que contiene elementos metálicos y halógenos. Se considera esta material como clave para el futuro desarrollo de células solares, ya que tiene una alta eficiencia fotoeléctrica en la conversión de luz solar en electricidad. Además, la perovskita también está trayendo la atención como dispositivo emisor de luz debido a su alta eficiencia luminosa convirtiendo la electricidad en luz. 

Las nanopartículas de perovskita son materiales microscópicos de este material a nivel nanométrico (1nm), que emiten a diferentes longitudes de ondas (colores) según el elemento halógeno interno. Así por ejemplo cuando es rico en yodo emite en rojo, verde cuando es rico en bromo y azul cuando el cloro es el protagonista. 

Sin embargo, la perovskita es muy sensible, lo que dificulta el cambio estable de elementos. En busca de solucionar este problema, el profesor Kim ha desarrollado una técnica simple para reemplazar ciertos elementos a través del proceso de solución. Este es un método para inducir la sustitución de elementos, usando solventes no polares y aditivos químicos. 

«En el estudio, agregamos un solvente no polar, que contiene yodo (I), bromo (Br) y cloro (Cl) a una solución de nanopartículas de perovskita», dice Yung Jin Yoon MS / Ph.D de Ingeniería Energética y primer autor del estudio. «Una vez que tiene lugar la reacción, los elementos mezclados dentro del solvente no polar cambian su lugar con los elementos en la perovskita original, lo que causa cambios en la luminiscencia”.

El aditivo químico agregado sirve para separar el elemento halógeno presente en el disolvente no polar. Como resultado, la cantidad de elemento halógeno en la solución aumenta, y con el tiempo, se reemplaza con un elemento halógeno en la perovskita convencional. El color de emisión está determinado por el número de elementos en la perovskita. Los investigadores también lograron hacer LED con colores rojo, azul y verde utilizando nanopartículas de perovskita fabricadas con esta tecnología.

Kim Ki-Hwan, profesor de investigación en el Departamento de Energía e Ingeniería Química, dijo: «Es estable en comparación con la tecnología existente para cambiar el elemento en la perovskita sólida». «Se puede aplicar de varias maneras para cambiar la composición del elemento en el material de perovskita, espero que sea posible».

«Con nuestro método simple, obtuvimos una luminiscencia que cubre todo el espectro visible de 400 a 700 nm», dice el profesor Kim. «Además, los dispositivos LED RGB saturados y vivos se fabricaron con éxito utilizando los nanocristales de intercambio aniónico».

Créditos imágenes: UNIST