Luci a LED, monitor e pannelli solari sono nati grazie alle innovazioni scientifiche e tecnologiche sviluppate nel campo dei semiconduttori, in grado di convertire efficientemente l'energia in illuminazione, e viceversa. Ora ci troviamo di fronte a una seconda importante fase, che potrebbe portare a un ulteriore rivoluzione nel settore. Da qualche anno si sta infatti investendo in materiali semiconduttori cosiddetti di 'seconda generazione', il cui potenziale è destinato a trasformare nuovamente la tecnologia legata al fotovoltaico e ai dispositivi di illuminazione.
Le potenzialità dei nuovi semiconduttori ibridi, HOIP
In un recente studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha illustrato i risultati raggiunti e le potenzialità di una classe emergente di semiconduttori chiamati perovskiti a base di alogenuri organici-inorganici (HOIP, halide organic-inorganic perovskite), che combinano un reticolo cristallino - comune nei semiconduttori - con uno strato di materiale flessibile.
Le HOIP, secondo i ricercatori, sono facili da produrre e applicare, perché necessitano di basse temperature e sono trattate in soluzione. Per produrre la maggior parte dei semiconduttori sono necessarie alte temperature, che provocano anche un ingente dispendio energetico, e i materiali sono rigidi, quindi difficili da applicare sulle superfici.
Le HOIP, descritte come un "sandwich formato da due strati di reticolo cristallino inorganico con del materiale organico in mezzo" potrebbero invece essere applicate come una comune vernice, con cui rivestire led, pannelli e finestre.
Processi per l’emissione di luce, semiconduttori a confronto
I semiconduttori nei dispositivi optoelettronici convertono l’energia elettrica in luce e la luce in energia. I ricercatori si sono concentrati sui processi coinvolti nella generazione di luce.
"Il trucco per fare in modo che un materiale emetta luce è- spiegano i ricercatori-quello di applicare energia agli elettroni nel materiale in modo che effettuino un salto quantico verso l’alto dalle loro orbite e che poi emettano quell’energia come luce quando saltano nuovamente in basso, verso le orbite che avevano lasciato libere." "I classici semiconduttori- spiega il professore Carlos Silva, a capo del progetto- sono in grado di intrappolare gli elettroni in aree del materiale che limitano rigidamente l’ampiezza di movimento degli elettroni, e poi applicano energia a quelle aree in modo che gli elettroni effettuino dei salti quantici all’unisono per emettere della luce utile quando saltano nuovamente verso il basso all’unisono."
Nel caso dei nuovi semiconduttori ibridi le proprietà eccitoniche risultano molto stabili a temperatura ambiente, a differenza dei semiconduttori tradizionali in cui queste proprietà sono stabili solo a temperature estremamente basse.
Gli scenari futuri
L'innovazione potrebbe aprire la strada diverse applicazioni. Sul fronte dell'illuminazione si potrebbe ridurre di molto il consumo energetico dei dispositivi, mentre su quello del fotovoltaico, i produttori di pannelli potrebbero ottenere una maggiore efficienza con dei tagli significativi dei costi di produzione.
