Des chercheurs de l'Université Purdue ont identifié le mécanisme qui permet aux cellules solaires organiques de créer une charge, résoudre une énigme de longue date en physique, selon un article publié vendredi (12 janvier) dans le journal Avancées scientifiques .

Les cellules solaires organiques sont construites avec des molécules molles, tandis que les cellules solaires inorganiques, souvent à base de silicium, sont construits avec des matériaux plus rigides. Les cellules de silicium dominent actuellement l'industrie, mais ils sont chers et raides, tandis que les cellules organiques ont le potentiel d'être légères, flexible et bon marché. L'inconvénient est que créer un courant électrique dans des cellules organiques est beaucoup plus difficile.

Pour créer un courant électrique, deux particules, une avec une charge négative (électron) et une avec une charge positive (électron-trou), doivent se séparer bien qu'ils soient étroitement liés. Ces deux particules, qui forment ensemble un exciton, nécessitent généralement une interface artificielle pour les séparer. L'interface attire l'électron à travers un accepteur d'électrons et laisse le trou derrière lui. Même avec l'interface en place, l'électron et le trou sont toujours attirés l'un vers l'autre – il existe un autre mécanisme qui les aide à se séparer.

"Nous avons découvert que ce type d'interface électron-trou n'est pas un seul état statique. L'électron et le trou peuvent être éloignés ou rapprochés, et plus ils sont éloignés, plus ils sont susceptibles de se séparer, " a déclaré Libai Huang, professeur adjoint de chimie au Purdue's College of Science, qui a dirigé la recherche. "Quand ils sont éloignés l'un de l'autre, ils sont en fait très mobiles, et ils peuvent se déplacer assez rapidement. Nous pensons que ce genre de mouvement rapide entre les charges positives et négatives est ce qui entraîne la séparation à ces interfaces. »

Les cellules solaires organiques sont difficiles à étudier car elles sont en désordre - elles ressemblent à un bol de spaghettis, dit Huang. Il y a beaucoup d'interfaces à regarder et elles sont très petites.

"C'est vraiment difficile de faire de la spectroscopie optique à cette échelle de longueur. Ces états ne vivent pas très longtemps non plus, vous avez donc besoin d'une résolution de temps très courte, ", a déclaré Huang. "Nous avons développé cet outil appelé microscopie ultrarapide dans lequel nous combinons la résolution temporelle et spatiale pour examiner essentiellement les processus qui se produisent à des échelles de temps rapides dans de très petites choses."

Même à ce moment là, la résolution spatiale n'est pas assez bonne, le laboratoire de Huang a donc créé un grand, interface bidimensionnelle pour créer de l'ordre dans l'arrangement chaotique des molécules. La solution au problème est double, elle a dit :la microscopie ultrarapide et l'interface.

Savoir comment les excitons se séparent pourrait aider les chercheurs à concevoir de nouvelles interfaces pour les cellules solaires organiques. Cela pourrait également signifier qu'il existe des matériaux pour construire des cellules solaires qui n'ont pas encore été exploités, dit Huang.