En la última década, los halogenuros metálicos de perovskita (MHPs, por sus siglas en inglés) se han convertido en la estrella en ascenso en el campo de la optoelectrónica. Las tecnologías optoelectrónicas de última generación basadas en este material, como las diodos emisores de luz (LEDs), las células solares de perovskita (PSCs) y los láseres, han liderado el paradigma predominante debido a las increíbles propiedades optoelectrónicas de los MHPs. Además, los MHPs poseen ventajas en cuanto a la facilidad y bajo coste de su procesamiento, con características ópticas y electrónicas ajustables, proporcionando un terreno fértil para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos multifuncionales de alto rendimiento y su futura industrialización.

Un equipo de científicos ha publicado un nuevo paper eLight en el que se presenta una visión general de las características optoelectrónicas de los MHPs y su impacto revolucionario en la optoelectrónica de próxima generación. En el artículo, los científicos brindan una retrospectiva de los hitos históricos de investigación de los MHPs y sus dispositivos optoelectrónicos, demostrando el papel de los MPHS en el desarrollo de la optoelectrónica moderna. “El objetivo es proporcionar una guía crítica para inspirar las nuevas direcciones de investigación de los MHPs y promover su aplicación generalizada en la optoelectrónica”, afirman los investigadores en el paper. 

Las características únicas de los MHPs se derivan de su estructura cristalina y composición química, lo que permite una flexibilidad sin precedentes para ajustar de manera independiente y sinérgica las propiedades optoelectrónicas de estos. Esta capacidad establece una base importante para la aplicabilidad de los MHPs en varias aplicaciones optoelectrónicas, incluyendo LEDs, células solares, PDs y láseres.

Así los dispositivos de captación de luz, cómo las células solares y los fotodetectores, convierten los fotones incidentes en cargas libres en los MHP. Por su parte, los dispositivos emisores de luz, como un LED de perovskita típico, suele convertir los portadores de carga inyectados en una capa luminiscente bajo polarización directa, donde se recombinan radiativamente y emiten luz en todas direcciones. A su vez los láseres funcionan esencialmente basándose en un proceso de amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación- 

“La configuración electrónica intrínseca de los MHPs es de suma importancia, ya que es el origen directo de sus propiedades optoelectrónicas únicas, como la alta absorción óptica, la alta movilidad de los portadores, la alta tolerancia a defectos, las longitudes de difusión largas, el transporte de carga ambipolar único y la flexibilidad de ajuste. Resumimos las ventajas de los MHPs enfocándonos en el control preciso de sus propiedades optoelectrónicas mediante la regulación de la estructura de los MHPs, incluyendo la fase, la dimensionalidad, la composición y la geometría”, destacan los científicos en el paper. 

Por tanto, los MHPs se espera que contribuyan de manera indispensable al desarrollo de nuevas tecnologías como los sistemas de integración funcional, los sistemas de visualización de información, los sistemas de comunicación electrónica y los sistemas de salud y medicina En estas aplicaciones, los MHP presentan un rendimiento superior al de los materiales tradicionales, como alta eficiencia, flexibilidad, sintonizabilidad y versatilidad

Sin embargo, para promover la utilización a gran escala de los MHPs, todavía existen muchos problemas técnicos que deben superarse, como la inestabilidad a largo plazo y la toxicidad, que impiden en gran medida su rápida comercialización. 

El problema de la inestabilidad tiene su origen en la degradación estructural en determinadas condiciones, que incluye fuentes intrínsecas y extrínsecas. En relación a la toxicidad de los materiales de perovskita tanto para los seres humanos como para el ecosistema, es actualmente un importante reto a superar que obstaculiza de forma importante su comercialización. 

El ciclo de vida de los MHPs suele ir desde la extracción de la materia prima, la síntesis, la fabricación de la película hasta el uso y, finalmente, la etapa de desmantelamiento. Se han desarrollado estrategias para prevenir la fuga de plomo, como la encapsulación física (por ejemplo, insertando resina epoxi en el módulo del dispositivo y en la cubierta superior de vidrio), la absorción química (por ejemplo, introduciendo estructuras metal-orgánicas como andamios) , materiales de perovskita ecológicos (por ejemplo, Sn2+, Sb2+, Ge2+, Cu2+ y elementos mixtos monovalentes y trivalentes para estructuras de doble perovskita) y estrategias de reciclaje. La investigación futura sobre el despliegue seguro de la tecnología optoelectrónica de las MHP depende totalmente de la adopción de medidas de precaución contra la contaminación en cada etapa de la vida del dispositivo, desde la fabricación hasta la eliminación/reciclaje, y también deben establecerse normas de ensayo.

A pesar de estos desafíos, los investigadores están entusiasmados con el potencial de los MHPs para revolucionar la industria de la optoelectrónica y crear dispositivos altamente eficientes y económicos para una amplia gama de aplicaciones. En general, se espera que los MHPs sean el centro de atención en la próxima década en la que los investigadores definen como la “era de la luz”. 

Puede acceder al paper de investigación a través del siguiente enlace:

https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-022-00033-z

Créditos de Imágen de portada:  He Dong, Chenxin Ran, Weiyin Gao, Mingjie Li, Yingdong Xia, Wei Huang