Ormai se ne sono accorti tutti. Perfino le aziende top-tech: vuoi per i cambiamenti climatici, vuoi per un suo naturale sviluppo, il futuro non può che andare verso l’energia rinnovabile. In tal senso potrebbero essere degli interessanti sviluppi nel fotovoltaico, grazie alla creazione di un nuovo materiale che genera elettricità in maniera autonoma. Una vera svolta.
I semiconduttori ferroelettrici sono materiali rari con polarizzazioni spontanee e assorbimenti di luce visibile che sono promettenti per la progettazione di fotoferroelettrici funzionali, come interruttori ottici e fotovoltaici ferroelettrici.
Un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia, in collaborazione con l’Università di Berkeley, non ha modificato quel minerale costituito da titanato di calcio con proprietà ferroelettriche, denominato così in onore del grande collezionista Perovskij, è partito dalla perovskite, per svilupparne uno nuovo.
Una robusta ferroelettricità nelle tipiche perovskiti ad alogenuri ibridi
Le perovskiti ad alogenuri emergenti con notevoli proprietà semiconduttive hanno anche il potenziale di essere ferroelettriche, ma l’evidenza di una robusta ferroelettricità nelle tipiche perovskiti ad alogenuri ibridi tridimensionali è stata sfuggente.
“Riportiamo lo studio della ferroelettricità nelle perovskiti di alogenuri completamente inorganiche, CsGeX 3, con bandgap da 1,6 a 3,3 eV – spiega Peidong Yang, co-autore della ricerca Berkeley Lab, pubblicata sulla prestigiosa rivista Science Advances – la loro ferroelettricità deriva dall’attività stereochimica della coppia solitaria in Ge (II) che promuove lo spostamento ionico”.
Questo dà origine alle loro polarizzazioni spontanee da ~ 10 a 20 μC/cm 2, evidenziato sia da calcoli ab initio che da esperimenti chiave, tra cui la mappatura del vettore di spostamento ionico a livello atomico e la misurazione del circuito di isteresi ferroelettrico. Inoltre, i caratteristici modelli di dominio ferroelettrico sulle nanopiastre CsGeBr 3, ben definite, vengono ripresi sia con la microscopia a forza di risposta piezoelettrica che con il metodo microscopico ottico non lineare.
Durante i test degli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory del Dipartimento dell’Energia, in collaborazione con l’Università di Berkeley, sulle misurazioni della fotoconduttività, arriva l’incredibile scoperta: l’assorbimento della luce nel materiale è in grado di spaziare fra lo spettro visibile a quello degli ultravioletti.
“Se riesci a immaginare un materiale solare senza piombo che non solo raccolga energia dal sole, ma abbia anche il vantaggio aggiuntivo di avere un campo elettrico formato naturalmente e spontaneamente – precisa Peidong Yang – le possibilità nell’industria fotovoltaica e dell’elettronica sono piuttosto eccitanti”. Che fanno rima con interessanti. O importanti.
