El silicio ha sido hasta ahora el material semiconductor más utilizado para la fabricación de dispositivos tales como chips, detectores, celdas solares, etc., ya que es un elemento abundante en la naturaleza. Actualmente existen nuevas líneas de investigación sobre un material emergente cuyas características semiconductoras son similares al silicio, dicho material son las denominadas perovskitas que tienen excelentes propiedades ópticas y eléctricas.

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Mayo – Agosto 2023, Vol. 1, No. 2
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Aplicaciones optoelectrónicas con perovskitas
Marisol Hernández-Gutiérrez,1
Mauricio Pacio-Castillo 2
El silicio
El silicio ha sido hasta ahora el material
semiconductor más utilizado para la fabricación
de dispositivos tales como chips, detectores, celdas
solares, etc., ya que es un elemento abundante en
la naturaleza. Actualmente existen nuevas líneas
de investigación sobre un material emergente
cuyas características semiconductoras son
similares al silicio, dicho material son las
denominadas perovskitas que tienen excelentes
propiedades ópticas y eléctricas.
¿Qué es la perovskita?
El mineral titanato de calcio (CaTiO3) tiene una
estructura que se denomina perovskita, este
material fue descubierto en los montes Urales de
Rusia por el geólogo alemán Gustav Rose en 1839,
pero el término se nombró en reconocimiento del
mineralogista ruso L.A Perovski. Con el tiempo la
palabra perovskita se generalizó para referirse a
los compuestos que presentaban una estructura
similar al CaTiO3 (Figura 1a) y de forma general se
empleó la fórmula química ABX3, donde el sitio A es
ocupado por un catión (ión con carga positiva)
monovalente orgánico o inorgánico, el sitio B lo
ocupa un catión metálico divalente y X un anión
(ión con carga negativa) que puede ser un
halógeno u óxido.
Estructura de la perovskita
La fórmula ABX3 corresponde a la estructura
cristalina que se muestra en la Figura 1b. En esta
figura el catión A se encuentra rodeado por doce
aniones formando un cubo-octaedro mientras que
el catión B se sitúa en el centro de dicho octaedro;
los aniones X están coordinados a dos cationes B
y a cuatro A.
Celda unitaria de CaTiO3 (arriba) y estructura
cristalina de la perovskita (abajo).
Acorde con la disposición estructural de la forma
ABX3 de la perovskita, la incorporación de
múltiples variantes de compuestos puede producir
cambios en la propiedades ópticas y eléctricas, las
cuales pueden ser aplicadas a diferentes
dispositivos optoelectrónicos como diodos
emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés),
celdas solares, fotodetectores y láseres, como se
ejemplifica en la siguiente ilustración.
Aplicaciones de las perovskitas en diferentes
dispositivos optoelectrónicos.

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Una de las principales propiedades que tienen los
materiales de perovskita es la capacidad para
convertir la energía solar en energía eléctrica. El
concepto denominado brecha de energía proviene
de la física cuántica y se refiere a la mínima energía
que puede absorber un material del espectro solar.
Para que un material sea apto en la industria solar,
debe tener una brecha de energía de alrededor de
1,5 electronvoltios (eV), y la familia de materiales
perovskitas tienen esta propiedad. Dependiendo
de las sustituciones realizadas en los diferentes
sitios de la estructura ABX3 se puede variar el valor
de la brecha de energía, ampliando sus
posibilidades de aplicación.
Métodos de obtención
La síntesis de perovskitas puede llevarse a cabo a
través de diferentes métodos. La elección del
procedimiento a seguir dependerá del estado
físico en que se desee obtener el material para su
aplicación. Las estructuras de perovskita se
pueden obtener en forma tridimensional (3D),
como es el caso de los monocristales, los cuales se
pueden obtener por la técnica de cristalización por
vapor anti-disolvente (AVC, por sus siglas en inglés);
de forma bidimensionales (2D) como lo son las
películas delgadas que se pueden depositar por
medio de la técnica de recubrimiento por rotación
o por procesos físicos como lo es la evaporación
térmica en vacío (sin presencia de aire), la cual
consiste en el calentamiento del material hasta
alcanzar su punto de sublimación, de forma
unidimensional (1D), como en los nano-cables y de
dimensión cero (0D) como puntos cuánticos, que
pueden sintetizarse mediante métodos de
depósito por solución química. Las propiedades de
las perovskitas dependen de la morfología,
tamaño y área de la estructura obtenida.
En el Centro de Investigaciones en Dispositivos
Semiconductores de la BUAP se cuenta con la
infraestructura para la obtención de perovskitas.
Actualmente se investigan diferentes métodos de
crecimiento de cristales para su posible aplicación
en fotodetectores, así como, la fabricación de
películas delgadas de perovskita por el método de
evaporación térmica para su aplicación en celdas
solares y en diodos emisores de luz, ver la siguiente
figura.
Cristales de perovskitas (izquierda), películas
delgadas de perovskita y prueba de luminiscencia
de la película delgada de perovskita (derecha).
Comentario final
A pesar de que la perovskita es un mineral
descubierto hace mucho tiempo, actualmente es
un material ampliamente estudiado en la
investigación de la microelectrónica, puesto que
en poco más de una década se han obtenido
resultados parecidos a los alcanzados con el
silicio, material con el que se trabaja desde hace
más de sesenta años. Aunque la perovskita se ha
utilizado principalmente en el campo de celdas
solares, no significa que está limitada a este tema,
ya que al ser un material versátil, abre un amplio
panorama de investigación para numerosas
aplicaciones tecnológicas y de vanguardia.
Palabras clave: perovskita; estructura ABX3;
dispositivos optoelectrónicos.
1
Marisol Hernández Gutiérrez: Es Ingeniera en
Energía (UPEGro), realizó la maestría en
Dispositivos Semiconductores en la Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla y actualmente es
estudiante de Doctorado en el Centro de
investigación en Dispositivos Semiconductores.
Sus trabajos de investigación están relacionados
con materiales semiconductores como CdTe y
Perovskitas para su aplicación en celdas solares.
Contacto: marisol.hernandez@alumno.buap.mx

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2 Mauricio Pacio Castillo: Profesor Investigador del
Centro de Investigaciones en Dispositivos
Semiconductores del Instituto de Ciencias de la
BUAP desde el 2010. Miembro del Sistema Nacional
de Investigadores. Pertenece al Cuerpo Académico
BUAP-CA-316 “Materiales Semiconductores para la
obtención de Dispositivos Fotónicos”, donde
desarrolla la línea de investigación en Dispositivos
Fotovoltaicos basados en semiconductores
orgánicos e inorgánicos; Síntesis, fabricación y
modelado.
Contacto: mauricio.pacio@correo.buap.mx
1, 2 Benemérita Universidad Autónoma de Puebla,
Centro de Investigaciones en Dispositivos
Semiconductores, 14 sur av. San Claudio col. San
Manuel, C.P. 72570, Puebla, Puebla. México.
Lecturas recomendadas
Li, W., Wang, Z., Deschler, F., Gao, S., Friend, R. H., &
Cheetham, A. K. (2017). Chemically diverse and
multifunctional hybrid organic–inorganic
perovskites. Nature Reviews Materials, 2(3), 1-18.
Saliba, M., Buonassisi, T., Grätzel, M., Abate, A., Tress,
W., & Hagfeldt, A. (2017). Promises and challenges
of perovskite solar cells. Science, 358 (6364), 739-
744.
Vaynzof, Y. (2020). The future of perovskite
photovoltaics—thermal evaporation or solution
processing?. Advanced Energy Materials, 10 (48),
2003073.