Le double dopage pourrait améliorer l'efficacité de récolte de la lumière des cellules solaires organiques flexibles (à gauche), la vitesse de commutation du papier électronique (au centre) et la densité de puissance des textiles piézoélectriques (à droite). (La cellule solaire a été fournie par Epishine AB.) Crédit :Johan Bodell/Chalmers University of Technology
Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont découvert un nouveau tweak simple qui pourrait doubler l'efficacité de l'électronique organique. écrans OLED, les cellules solaires à base de plastique et la bioélectronique ne sont que quelques-unes des technologies qui pourraient bénéficier de leur nouvelle découverte, qui traite des polymères "doubles dopés".
La majorité de l'électronique est basée sur des semi-conducteurs inorganiques tels que le silicium. Un processus appelé dopage est essentiel à leur fonction, qui consiste à tisser des impuretés dans le semi-conducteur pour améliorer sa conductivité électrique. Cela permet à divers composants des cellules solaires et des écrans LED de fonctionner.
Pour le bio, c'est-à-dire à base de carbone—semi-conducteurs, ce processus de dopage est également très important. Depuis la découverte des plastiques et polymères conducteurs d'électricité, un domaine pour lequel le prix Nobel a été décerné en 2000, la recherche et le développement de l'électronique organique se sont accélérés rapidement. Les écrans OLED sont un exemple déjà sur le marché, par exemple, dans la dernière génération de smartphones. D'autres applications n'ont pas encore été pleinement réalisées, dû en partie au fait que les semi-conducteurs organiques ne sont pas encore assez efficaces.
Le dopage dans les semi-conducteurs organiques s'opère par ce que l'on appelle une réaction d'oxydoréduction. Cela signifie qu'une molécule de dopant reçoit un électron du semi-conducteur, augmenter la conductivité électrique du semi-conducteur. Les molécules plus dopantes avec lesquelles le semi-conducteur peut réagir, plus la conductivité est élevée, au moins jusqu'à une certaine limite, après quoi la conductivité diminue. Actuellement, la limite d'efficacité des semi-conducteurs organiques dopés a été déterminée par le fait que les molécules de dopant ne pouvaient échanger qu'un électron chacune.
Mais maintenant, dans un article de la revue scientifique Matériaux naturels , le groupe de Christian Müller, professeur de science des polymères à l'Université de technologie Chalmers, avec des collègues de sept autres universités, démontre qu'il est possible de déplacer deux électrons vers chaque molécule de dopant.
Le double dopage pourrait améliorer l'efficacité de récolte de la lumière des cellules solaires organiques flexibles. (La cellule solaire a été fournie par Epishine AB.) Crédit :Johan Bodell/Chalmers University of Technology
« Grâce à ce processus de double dopage, le semi-conducteur peut donc devenir deux fois plus efficace, " dit David Kiefer, doctorat étudiant du groupe et premier auteur de l'article.
Selon Christian Muller, cette innovation ne repose pas sur une grande réussite technique. Au lieu, il s'agit simplement de voir ce que les autres n'ont pas vu. « L'ensemble du domaine de recherche a été totalement focalisé sur l'étude de matériaux qui ne permettent qu'une seule réaction d'oxydoréduction par molécule. Nous avons choisi de regarder un autre type de polymère avec une énergie d'ionisation plus faible. Nous avons vu que ce matériau permettait le transfert de deux électrons vers le dopant. C'est en fait très simple, " dit Muller, Professeur de science des polymères à l'Université de technologie de Chalmers.
La découverte pourrait permettre d'améliorer encore les technologies qui, aujourd'hui, ne sont pas suffisamment compétitives pour être commercialisées. Un problème est que les polymères ne conduisent tout simplement pas assez bien le courant, ainsi, rendre les techniques de dopage plus efficaces a longtemps été un objectif pour obtenir une meilleure électronique à base de polymère. Maintenant, ce doublement de la conductivité des polymères, en utilisant uniquement la même quantité de matériau dopant sur la même surface qu'auparavant, pourrait représenter le point de basculement nécessaire pour commercialiser plusieurs technologies émergentes.
"Avec les écrans OLED, le développement est allé assez loin pour qu'ils soient déjà sur le marché. Mais pour que d'autres technologies réussissent et parviennent sur le marché, il faut quelque chose de plus. Avec des cellules solaires organiques, par exemple, ou des circuits électroniques construits en matière organique, nous avons besoin de pouvoir doper certains composants dans la même mesure que l'électronique à base de silicium. Notre approche est un pas dans la bonne direction, " dit Muller.
La découverte offre des connaissances fondamentales et pourrait aider des milliers de chercheurs à réaliser des progrès dans l'électronique flexible, bioélectronique et thermoélectricité. Le groupe de recherche de Christian Müller étudie plusieurs domaines appliqués basés sur la technologie des polymères. Entre autres, son groupe étudie le développement de textiles conducteurs d'électricité et de cellules solaires organiques.
