Perovskite: struttura, usi

La perovskite è un minerale naturale di titanato di calcio con una formula chimica di CaTiO₃
Il mineralogista tedesco Gustav Rose scoprì questo minerale nel 1839 che prese il nome dal mineralogista russo Lev  Alekseevich Perovski (1792-1856).

Successivamente il nome è stato esteso a tutti i composti aventi la stessa stechiometria del titanato di calcio A²⁺B⁴⁺X₃^2- detta appunto struttura perovskite.

Struttura della perovskite

La struttura ideale è di tipo cubico:

in cui lo ione Ca²⁺è in rosso, lo  ione Ti⁴⁺ è in blu e O^2- è in giallo

I requisiti relativi alla dimensione degli ioni per la stabilità della struttura cubica sono piuttosto rigorosi, quindi una leggera deformazione e distorsione può produrre diverse versioni distorte a simmetria inferiore.

Alcuni cambiamenti portano alla formazione di forme ortorombiche, romboedriche, esagonali e tetragonali.

Classificazione

Una classificazione delle strutture di tipo perovskitico è fatta sulla base dei raggi degli ioni metallici costituenti. Bisogna inoltre tener conto della valenza dei cationi che può essere +2 e +3 ma anche, ad esempio, +3 e +3.

Sono classificati come ossidi ternari come:

• KNbO3 del tipo A⁺B⁵⁺O₃
• BaTiO₃ del tipo A²⁺B⁴⁺O₃
• LaFeO₃ del tipo A³⁺B³⁺O₃

Vi sono poi composti complessi del tipo (AB’_xB’’_y) O₃ dove B′ e B″ sono due elementi diversi in diversi stati di ossidazione e x+y=1

Sebbene i composti di perovskite più comuni contengano ossigeno, ve ne sono alcuni che non contengono ossigeno ma un alogeno come NaMgF₃

Vi sono poi perovskiti ibride con alogenuri metallici legati a un residuo organico come il tri-alogenuro di piombo di metilammonio CH₃NH₃PbX₃

Usi

Sebbene i composti di perovskite siano stati studiati per più di un secolo, gli alogenuri di piombo di metilammonio sono iniziati negli ultimi due decenni. Essi hanno trovato per applicazioni come semiconduttori nelle celle solari. Tuttavia, queste celle non erano molto efficienti e non erano stabili. Successivi miglioramenti in termini di prestazioni e stabilità sono stati ottenuti grazie alla continua ricerca di nuovi materiali.

Ciò ha portato a un aumento dell’efficienza di conversione della luce solare in energia elettrica e le celle che utilizzano questi composti, a volte in tandem con quelle al silicio mostrano ottime performance soprattutto riguardo al costo. La ricerca per minimizzarne i difetti, tuttavia, è ancora in corso