Un isomère en forme d’hélice améliore les cellules solaires organiques

Au fur et à mesure que la technologie avance, elle est comparable à une voiture de course qui ne peut aller aussi vite que son moteur ne le permet. Alors que les cellules solaires organiques (CSO) semblaient buter contre un obstacle, la molécule innovante 3PNIN est apparue, prête à booster leur progression et à briser les barrières.

Les CSO représentent certainement l’avenir des énergies renouvelables, mais certains composants accusent un retard dans le développement en cours. En particulier, les matériaux d’interface de la cathode (CIM) n’ont pas réussi à suivre le rythme de l’amélioration continue des CSO.

Les CIM jouent un rôle crucial dans la facilitation de la conduction des courants du métal au semi-conducteur et inversement. Par conséquent, si les performances des électrons ne sont pas à la hauteur, l’efficacité de conversion d’énergie (ECE) des CSO en pâtit.

En réponse à ce défi, des chercheurs ont étudié l’impact de la structure moléculaire sur la performance globale des cellules et des matériaux d’interface. Deux composés en forme de propulseur illustrent parfaitement l’influence significative que la configuration moléculaire peut exercer sur l’amélioration de la fonctionnalité des CIM et, par extension, sur la performance photovoltaïque des CSO.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Nano Research le 6 février.

L’étude a mis en évidence deux isomères, 3PNIN et 3ONIN, qui partagent la même formule mais présentent des arrangements de groupes de terminaison différents. Ces arrangements variés permettent des interactions intermoléculaires différentes pour chaque isomère, ce qui n’est peut-être pas possible avec l’autre.

« Dans le domaine des énergies renouvelables, les CSO ont gagné en notoriété grâce à leur architecture éthérée, leur semi-transparence, leur coût de production abordable et leur assemblage imprimé évolutif, annonçant une nouvelle ère pour l’alimentation des technologies portables flexibles« , a indiqué le professeur Minghua Huang, auteur et chercheur de l’étude.

L’importance de cette technologie dans un monde où les sources d’énergie durable ont pris de l’ampleur (et de la nécessité) ne peut être surestimée. Les tests des isomères en forme de propulseur révèlent que les deux composés peuvent produire des effets différents en fonction de leur configuration, un variant surpassant l’autre dans l’amélioration de la fonctionnalité des CIM.

3PNIN présente une structure moléculaire plus plane par rapport à son homologue, 3ONIN. Cette disparité structurelle permet aux groupes de terminaison de 3PNIN de reposer plus à plat par rapport à 3ONIN, démontrant des améliorations significatives en termes de mobilité des électrons et de conductivité. « Par conséquent, les dispositifs CSO traités avec les isomères 3PNIN et 3ONIN présentent des ECE de 17,73 % et 16,82 % respectivement« , a ajouté le professeur Minghua Huang.

En synthèse

3PNIN présente une promesse significative dans la fabrication d’un dispositif thermiquement stable tout en améliorant l’ECE des CSO, en plus des avantages de la mobilité et de la conductivité améliorées par rapport à la technologie actuellement utilisée pour les CIM. Une optimisation supplémentaire des dispositifs CSO traités avec l’isomère 3PNIN pourrait faire avancer l’accessibilité et les taux d’efficacité de cette source d’énergie.

Les améliorations apportées aux CSO peuvent avoir un impact important sur le paysage des énergies renouvelables et pourraient s’étendre à d’autres domaines de la technologie reposant sur les électroniques organiques.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que les cellules solaires organiques (CSO) ?

Les CSO sont un type de cellules solaires qui utilisent des matériaux organiques, tels que des polymères ou des petites molécules, pour convertir l’énergie solaire en électricité.

Quels sont les matériaux d’interface de la cathode (CIM) ?

Les CIM sont des matériaux utilisés dans les CSO pour faciliter la conduction des courants du métal au semi-conducteur et inversement.

Qu’est-ce que 3PNIN et 3ONIN ?

3PNIN et 3ONIN sont des isomères, ce qui signifie qu’ils partagent la même formule mais présentent des arrangements de groupes de terminaison différents.

En quoi les isomères 3PNIN et 3ONIN diffèrent-ils ?

Les isomères 3PNIN et 3ONIN présentent des arrangements de groupes de terminaison différents, ce qui entraîne des interactions intermoléculaires différentes et une fonctionnalité variable.

Quels sont les avantages des dispositifs CSO traités avec l’isomère 3PNIN ?

Les dispositifs CSO traités avec l’isomère 3PNIN présentent des améliorations significatives en termes de mobilité des électrons, de conductivité et d’ECE.

Références

Debin Kong, Wei Lv, Yanbing He et Feiyu Kang du Shenzhen Giem Graphene Center et du Engineering Laboratory for Functionalized Carbon Materials de l’université Tsinghua, Debin Kong également du College of New Energy de l’université chinoise du pétrole, Ruliang Liu, Dingcai Wu, et Ruowen Fu de l’Institut de science des matériaux de l’université Sun Yat-sen, Feng Li du Laboratoire national de science des matériaux de Shenyang de l’Académie chinoise des sciences et Quan-Hong Yang du groupe Nanoyang de l’école de génie chimique et de technologie de l’université de Tianjin ont tous contribué à cette recherche.

Légende illustration : Chaque caractéristique affichée fait partie intégrante de la fonction de la CSC et peut être utilisée pour améliorer les matériaux carbonés traditionnels utilisés dans les dispositifs de stockage et de conversion de l’énergie. Crédit : Debin Kong, Tsinghua University

Article : « Superstructured carbon materials: design and energy applications » – DOI: 10.26599/EMD.2023.9370017