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May 31, 2023

Dispositivos de perovskita são ativados

Nature Electronics volume 6, página 545 (2023)Cite este artigo 4204 Acessos 13 Altmetric Metrics detalhes As perovskitas de haleto metálico são cada vez mais utilizadas em aplicações além do convencional

Nature Electronics volume 6, página 545 (2023)Cite este artigo

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As perovskitas de iodetos metálicos são cada vez mais utilizadas em aplicações além da energia fotovoltaica convencional, desde células solares flexíveis para dispositivos vestíveis até transistores de efeito de campo para computação não convencional.

A pesquisa com células solares tem sido, nos últimos anos, dominada pelo trabalho com perovskitas. Essas perovskitas são perovskitas de haleto metálico, como o iodeto de metilamônio e chumbo (CH3NH3PbI3), que possuem a mesma estrutura cristalina e fórmula química geral do mineral também conhecido como perovskita, titanato de cálcio (CaTiO3). O trabalho geralmente se concentra na criação de tecnologia fotovoltaica em larga escala que poderia superar as abordagens comerciais, lideradas pelo silício cristalino. Mas as características destes materiais processáveis ​​em solução – que incluem fabricação de baixo custo e a capacidade de criar dispositivos flexíveis de película fina – significam que eles também têm valor potencial em aplicações menos convencionais. Para ilustrar, num artigo nesta edição da Nature Electronics, Martin Kaltenbrunner, Wei Gao e colegas mostram que uma célula solar de perovskita pode ser usada para alimentar um sensor de suor vestível.

Sensores vestíveis normalmente dependem de baterias para alimentação. Mas estes podem ser volumosos e precisam ser recarregados com uma fonte externa de eletricidade. As células solares poderiam fornecer uma opção mais leve e sustentável. No entanto, as células solares de silício convencionais são rígidas e frágeis e podem apresentar dificuldades em condições de pouca luz ou em ambientes fechados. Os pesquisadores - baseados no Instituto de Tecnologia da Califórnia e na Universidade Johannes Kepler Linz - recorreram então às células solares de perovskita e, em particular, a um módulo flexível de célula solar de perovskita quase bidimensional.

Seu sensor de suor contém eletrodos de iontoforese para estimulação do suor, microfluídica para amostragem de suor, sensores eletroquímicos para análise de suor e um sensor impedimétrico para monitoramento da taxa de suor, bem como um sistema baseado em Bluetooth para transmissão de dados sem fio. Apesar dessa longa lista de funcionalidades, com o módulo de célula solar de perovskita (que tem uma eficiência de conversão de energia superior a 31% sob iluminação interna), o dispositivo pode operar em diversas condições de iluminação. A equipe mostra que o sensor vestível pode monitorar continuamente as informações físico-químicas de uma pessoa – níveis de glicose, pH e íons de sódio, bem como taxa de suor e temperatura da pele – por mais de 12 horas e durante várias atividades físicas internas e externas. (Veja também o artigo News & Views sobre o trabalho de Jussi Hiltunen do Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia.)

As propriedades atraentes das perovskitas de iodetos metálicos incluem altas mobilidades de portadores, longos comprimentos de difusão e bandgaps ajustáveis. E os materiais foram extensivamente explorados noutros dispositivos optoelectrónicos, incluindo díodos emissores de luz (LED)1, onde o progresso - como o das células solares de perovskita - tem sido rápido. Em aplicações além dos dispositivos optoeletrônicos, os desenvolvimentos têm sido mais lentos. Em particular, embora o trabalho sobre transistores de efeito de campo de perovskita possa ser rastreado até 1999 - onde dispositivos baseados em iodeto de estanho feniletilamônio em camadas bidimensionais ((C6H5C2H4NH3)2SnI4) foram testados2 - o potencial de tais transistores tem sido incerto. Mas os resultados recentes forneceram encorajamento.

Em um artigo da Perspective em outra parte desta edição, Huihui Zhu, Yong-Young Noh e colegas consideram o desenvolvimento de transistores de perovskita de iodetos metálicos. Os pesquisadores - baseados em institutos na Coreia do Sul, China, Itália e Estados Unidos - discutem as propriedades eletrônicas e estruturais relevantes dos semicondutores de perovskita haleto e examinam as limitações dos sistemas de perovskita à base de chumbo e o potencial da perovskita à base de estanho. sistemas para fornecer dispositivos de alto desempenho. Eles também exploram as aplicações potenciais desses transistores de efeito de campo de perovskita – desde circuitos integrados tridimensionais monolíticos até optoeletrônica neuromórfica – e destacam alguns dos desafios que precisam ser enfrentados para criar dispositivos e circuitos práticos.