Le photovoltaïque organique a atteint des rendements remarquablement élevés, mais trouver des combinaisons optimales de matériaux pour des cellules solaires organiques à haute performance, qui sont aussi économiquement compétitifs, présente encore un défi. Des chercheurs des États-Unis et de la Chine ont maintenant développé un matériau intercalaire innovant pour améliorer la stabilité du dispositif et les performances des électrodes. Dans la revue Angewandte Chemie , les auteurs décrivent leur fullerène enrichi, polymère d'ionène facilement transformable, qui augmente l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires organiques.

Contrairement aux cellules solaires à base de silicium courantes, Le photovoltaïque organique (OPV) implique des molécules organiques dans la production d'énergie solaire. Les matériaux des OPV sont abondants et traitables, pas cher et léger, et les modules peuvent être rendus flexibles et avec des propriétés ajustables. L'inconvénient majeur de tels matériaux est que l'obtention d'une longévité et de hautes performances nécessite des configurations et des architectures élaborées. Les combinaisons optimisées de matériaux qui correspondent aux électrodes restent insaisissables.

Les métaux d'argent ou d'or forment stables à l'air, cathodes traitables, mais ils abaissent également le potentiel de l'appareil. Pour surmonter ce problème, Yao Lui à l'Université de technologie chimique de Pékin (Chine), et Thomas Russell et Todd Emrick à l'Université du Massachusetts, Amherst (États-Unis), et leurs groupes de recherche, ont développé un nouveau matériau polymère pour servir de couche intermédiaire entre l'électrode et la couche active. Cette couche intermédiaire doit être conductrice et doit abaisser le travail de sortie de la cathode en fournissant un dipôle interfacial.

En tant que matériau intercalaire, les chercheurs ont étudié une nouvelle classe de polymères chargés, les polymères d'ionène. "Les polymères d'ionène sont des polycations dans lesquels les fragments chargés sont positionnés dans le squelette du polymère plutôt que sous forme de groupes pendants, " expliquent les auteurs. Cela conduit à une distribution de charge plus élevée que dans les polymères cationiques classiques, et en plus, meilleure accordabilité. Les polymères d'ionène fournissent un dipôle interfacial utile, mais seul, ils n'ont pas la conductivité requise.

Par conséquent, les auteurs ont inclus des fullerènes dans le cadre structurel de la couche de polymère. Les soi-disant « boules bucky » – des sphères de fullerène fabriquées uniquement à partir de carbone – sont déjà utilisées comme molécules acceptrices courantes dans les dispositifs OPV. Ils sont très conducteurs et possèdent de nombreuses autres propriétés favorables.

Les scientifiques ont préparé le matériau intercalaire fullerène-ionène en innovant sur la chimie de polymérisation par étape conventionnelle avec de nouveaux, monomères fonctionnels. Ils ont assemblé les dispositifs OPV et inclus une couche intermédiaire. Le résultat a été une augmentation impressionnante de l'efficacité de la conversion de puissance - en moyenne trois fois supérieure - par rapport aux appareils sans la couche intermédiaire. Des rendements de plus de 10 % indiquent une applicabilité plus poussée de ces dispositifs modulaires.

Ce travail montre qu'une modification relativement simple de la composition des matériaux peut améliorer l'efficacité en électronique organique et peut surmonter les problèmes intrinsèques liés à la combinaison de matériaux durs (électrodes) et mous (couches actives).