Présentant les recherches du laboratoire du professeur Ganesh Balasubramanian (Group for Interfacial and Nanoengineering), Département de génie mécanique et de mécanique, Université Lehigh, Bethléem, États-Unis. Malgré les progrès récents dans l'efficacité de conversion de puissance des cellules solaires organiques, un aperçu de la stabilité thermomécanique induite par le traitement des couches actives à hétérojonction en vrac est toujours justifiée. La corrélation de l'élasto-morphologie avec les performances de l'appareil nécessite une compréhension plus approfondie de la physique au niveau moléculaire, tel que présenté dans cette recherche sur l'interaction entre le traitement, thermodynamique et stabilité mécanique des couches photoactives typiques des cellules solaires organiques. Crédit :Laboratoire du Professeur Ganesh Balasubramanian (Group for Interfacial and Nanoengineering), Département de génie mécanique et de mécanique, Université Lehigh, Bethléem.
Les cellules solaires organiques sont idéales pour une utilisation dans l'électronique flexible en raison de la nature intrinsèquement malléable des polymères semi-conducteurs. Des recherches récentes sur l'interaction entre le traitement, la thermodynamique et la stabilité mécanique des couches photoactives typiques des cellules organiques permettent de mieux comprendre ces matériaux à haut potentiel.
Ganesh Balasubramanian, PC Rossin professeur adjoint de génie mécanique et de mécanique à l'Université Lehigh, et son étudiant diplômé Joydeep Munshi ont récemment entrepris de comprendre à quel point ces matériaux sont stables lorsqu'ils sont déformés, et si les propriétés prometteuses peuvent être obtenues dans des conditions de charge difficiles lorsque les cellules solaires peuvent être soumises à un étirement et à une compression. Grâce à des expériences informatiques utilisant les ressources informatiques de classe de leadership de Frontera, l'équipe a démontré que l'ajout de petites molécules au mélange de polymères semi-conducteurs améliore les performances et la stabilité du matériau utilisé dans les cellules solaires organiques. Ils prédisent que cela est également vrai pour les matériaux organiques des cellules solaires de manière plus générale.
L'étude est décrite dans un article, "Elasto-morphologie des cellules solaires organiques à hétérojonction en vrac P3HT:PCBM" présenté sur la couverture arrière de Matière molle . Les autres auteurs incluent :les professeurs TeYu Chien à l'Université du Wyoming et Wei Chen, à l'Université Northwestern.
« Sur la base de la littérature précédente, nous avons anticipé que les variations des paramètres de traitement des matériaux influenceraient la structure ainsi que les propriétés thermiques et mécaniques de ces cellules solaires, " dit Balasubramanian. " Cependant, la découverte que la présence de petits additifs moléculaires peut augmenter les propriétés mécaniques est une nouvelle connaissance acquise grâce à ce travail."
L'équipe a démontré que, en plus de l'efficacité de conversion d'énergie solaire-électrique, la stabilité mécanique et la flexibilité des cellules solaires organiques typiques sont considérablement affectées par la présence d'additifs moléculaires.
"Cela pourrait s'avérer crucial pour la commercialisation des cellules solaires organiques, " dit Balasubramanian.
Les résultats ont été obtenus en effectuant des simulations moléculaires à grande échelle dans le supercalculateur Frontera, situé au Texas Advanced Computing Center (TACC) de l'Université du Texas à Austin), qui est le supercalculateur universitaire le plus rapide au monde. Les prédictions consistaient en les mécanismes de déformation du mélange de polymères dans des conditions de déformation ainsi qu'en examinant la structure/morphologie du matériau lors du chargement. L'équipe de Balasubramanian a été parmi les premières à utiliser Frontera.
Alors que des approches similaires ont été envisagées pour interroger les propriétés des matériaux photovoltaïques organiques, la corrélation entre la structure du matériau et les propriétés élastiques n'avait pas été faite auparavant, selon Balasubramanian. En ajoutant des additifs moléculaires aux mélanges polymères, Il est possible de fabriquer des matériaux et des dispositifs d'énergie solaire avancés qui supportent des conditions de contrainte et de contrainte opérationnelles extrêmes tout en offrant des performances supérieures.
Il ajoute :« La recherche a le potentiel de fournir de nouvelles orientations pour les pratiques scientifiques dans ce domaine de la recherche sur les matériaux et l'énergie.
