Des scientifiques des universités de Bristol et de Cambridge ont trouvé un moyen de créer des nanostructures semi-conductrices polymères qui absorbent la lumière et transportent son énergie plus loin que ce qui était observé auparavant.

Cela pourrait ouvrir la voie à des cellules solaires et des photodétecteurs plus flexibles et plus efficaces.

Les chercheurs, dont les travaux paraissent dans la revue Science , affirment que leurs découvertes pourraient « changer la donne » en permettant à l'énergie de la lumière du soleil absorbée dans ces matériaux d'être capturée et utilisée plus efficacement.

Les plastiques semi-conducteurs légers sont maintenant largement utilisés dans les écrans électroniques grand public tels que ceux que l'on trouve dans les téléphones, tablettes et téléviseurs à écran plat. Cependant, utiliser ces matériaux pour convertir la lumière du soleil en électricité, fabriquer des cellules solaires, est beaucoup plus complexe.

Les états photo-excités - c'est-à-dire lorsque les photons de lumière sont absorbés par le matériau semi-conducteur - doivent se déplacer pour pouvoir être "récoltés" avant de perdre leur énergie de manière moins utile. Ces excitations ne parcourent généralement que ca. 10 nanomètres dans les semi-conducteurs polymères, nécessitant ainsi la construction de structures modelées sur cette échelle de longueur pour maximiser la "récolte".

Dans les laboratoires de chimie de l'Université de Bristol, Le Dr Xu-Hui Jin et ses collègues ont développé une nouvelle façon de fabriquer des structures semi-conductrices cristallines hautement ordonnées à l'aide de polymères.

Au laboratoire Cavendish de Cambridge, Le Dr Michael Price a mesuré la distance que les états photo-exités peuvent parcourir, qui a atteint des distances de 200 nanomètres, soit 20 fois plus qu'il n'était possible auparavant.

200 nanomètres sont particulièrement importants car ils sont supérieurs à l'épaisseur de matériau nécessaire pour absorber complètement la lumière ambiante, ce qui rend ces polymères plus adaptés comme « récupérateurs de lumière » pour les cellules solaires et les photodétecteurs.

Dr George Whittell de l'école de chimie de Bristol, explique :« Le gain d'efficacité serait en fait pour deux raisons :d'abord, car les particules énergétiques voyagent plus loin, ils sont plus faciles à "récolter", et deuxieme, nous pourrions maintenant incorporer des couches ca. 100 nanomètres d'épaisseur, qui est l'épaisseur minimale nécessaire pour absorber toute l'énergie de la lumière, ce qu'on appelle la profondeur d'absorption optique. Précédemment, en couches aussi épaisses, les particules étaient incapables de voyager assez loin pour atteindre les surfaces."

Co-chercheur Professeur Richard Friend, de Cambridge, a ajouté:"La distance sur laquelle l'énergie peut être déplacée dans ces matériaux est une grande surprise et souligne le rôle de processus de transport cohérents quantiques inattendus."

L'équipe de recherche prévoit désormais de préparer des structures plus épaisses que celles de l'étude en cours et supérieures à la profondeur d'absorption optique, en vue de construire des prototypes de cellules solaires basés sur cette technologie.

Ils préparent également d'autres structures capables d'utiliser la lumière pour effectuer des réactions chimiques, comme la division de l'eau en hydrogène et oxygène.