Les cellules solaires deviennent rapidement l'un des principaux moyens de produire de l'électricité propre dans de nombreux pays du monde. Au cours des dernières décennies, d'énormes efforts ont été consacrés à rendre l'énergie solaire plus importante. Cependant, la technologie est actuellement confrontée à plusieurs défis qui limitent l'application généralisée.

Dans le cas des cellules solaires à colorant (DSSC), une technologie photovoltaïque très prometteuse, l'un des principaux problèmes est l'agrégation des colorants. De par leur conception, les DSSC sont des systèmes électrochimiques qui imitent la photosynthèse chez les plantes; ils s'appuient sur des colorants photosensibles spéciaux pour convertir la lumière du soleil en électricité. Idéalement, le colorant doit être appliqué uniformément sur la surface d'une électrode d'oxyde derrière une couche transparente afin que l'énergie de la lumière solaire absorbée puisse être facilement transférée aux électrons du colorant. Ce processus génère des électrons libres qui alimentent un circuit externe. Cependant, la plupart des colorants ont tendance à s'agréger sur la surface de l'électrode d'une manière qui entrave le flux souhaité de charges lumineuses et électriques. Cela pèse sur les performances des DSSC, ce qui s'est avéré difficile à surmonter.

Heureusement, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur associé Tomohiko Inomata de l'Institut de technologie de Nagoya, au Japon, vient peut-être de trouver une solution à ce problème. Dans leur récente étude publiée dans RSC Advances , ils ont montré que certains liquides ioniques (sels fondus qui sont à l'état liquide à des températures relativement basses) peuvent supprimer l'agrégation des colorants à un degré impressionnant. Parmi les autres membres de cette équipe de recherche figuraient Mme Ayaka Matsunaga et le professeur Tomohiro Ozawa de l'Institut de technologie de Nagoya, et le professeur Hideki Masuda de l'Institut de technologie d'Aichi, au Japon.

Mais comment les liquides ioniques parviennent-ils à cet exploit ? Pour faire la lumière sur le mécanisme exact en jeu, les chercheurs se sont concentrés sur deux liquides ioniques avec des tailles moléculaires nettement différentes et deux types de colorants. Les deux liquides ioniques avaient une structure moléculaire similaire comprenant une ancre qui se lie bien à l'électrode (dioxyde de titane, TiO₂ ), une chaîne polymère principale reliant cette ancre à un atome de luminophore, et trois chaînes polymères courtes supplémentaires dépassant de l'atome de luminophore et s'éloignant de la chaîne "verticale" principale.

Les chercheurs ont submergé le TiO₂ électrodes dans des solutions avec différentes proportions de colorant par rapport au liquide ionique et analysé soigneusement la façon dont les différentes molécules y adhèrent. Après avoir optimisé la procédure de synthèse, ils ont découvert que les DSSC fabriqués à l'aide du liquide ionique avec une structure moléculaire plus longue avaient une performance remarquablement meilleure que leurs homologues avec des électrodes d'oxyde non modifiées. "La structure moléculaire spatialement volumineuse des liquides ioniques agit comme un agent anti-agrégation efficace sans impact significatif sur la quantité de colorant adsorbé dans l'électrode", explique le Dr Inomata. "Plus important encore, l'introduction du plus gros liquide ionique améliore tous les paramètres photovoltaïques des DSSC."

Inutile de dire que l'amélioration de la technologie des cellules solaires pourrait nous donner un avantage dans la lutte contre la crise énergétique et climatique en cours. Bien que les liquides ioniques soient généralement coûteux, la façon dont ils sont utilisés par l'équipe est en fait rentable. "En termes simples, l'idée est d'appliquer des liquides ioniques uniquement sur la partie requise de l'appareil, dans ce cas, la surface de l'électrode", déclare le Dr Inomata.

L'équipe pense que l'utilisation généralisée d'électrodes modifiées avec des liquides ioniques pourrait ouvrir la voie à des matériaux hautement fonctionnels mais abordables pour les cellules solaires et les systèmes catalytiques. Étant donné que la structure des liquides ioniques peut être ajustée lors de leur synthèse, ils offrent une polyvalence indispensable en tant qu'agents anti-agrégation. + Explorer plus loin

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