En haut :Image de microscopie électronique à balayage et zoom d'un nid d'abeilles en polymère conjugué (PPV). En bas (de gauche à droite) :images de durée de vie de fluorescence confocale de nid d'abeille conjugué, en double couche polymère/nid d'abeilles fullerène et en mélange polymère/nid d'abeilles fullerène. Un transfert de charge efficace dans l'ensemble du cadre est observé dans le cas d'un mélange polymère/nid d'abeilles fullerène comme une réduction spectaculaire de la durée de vie de la fluorescence.
(PhysOrg.com) -- Des scientifiques du laboratoire national de Brookhaven du département américain de l'Énergie (DOE) et du laboratoire national de Los Alamos ont fabriqué des films minces transparents capables d'absorber la lumière et de générer une charge électrique sur une zone relativement grande. Le matériel, décrit dans le journal Chimie des Matériaux , pourrait être utilisé pour développer des panneaux solaires transparents ou même des fenêtres qui absorbent l'énergie solaire pour produire de l'électricité.
Le matériau est constitué d'un polymère semi-conducteur dopé avec des fullerènes riches en carbone. Dans des conditions soigneusement contrôlées, le matériau s'auto-assemble pour former un motif reproductible de cellules micrométriques en forme d'hexagone sur une surface relativement grande (jusqu'à plusieurs millimètres).
"Bien que de tels films minces à motifs en nid d'abeille aient déjà été fabriqués à l'aide de polymères conventionnels comme le polystyrène, c'est le premier rapport d'un tel matériau qui mélange des semi-conducteurs et des fullerènes pour absorber la lumière et générer efficacement une charge et une séparation de charge, " a déclaré le scientifique principal Mircea Cotlet, un chimiste physique au Centre de Brookhaven pour les nanomatériaux fonctionnels.
Par ailleurs, le matériau reste largement transparent car les chaînes polymères ne se tassent de manière dense qu'aux bords des hexagones, tout en restant lâchement emballé et étalé très mince sur les centres. "Les bords densément emballés absorbent fortement la lumière et peuvent également faciliter la conduction de l'électricité, " expliqua Cotlet, "tandis que les centres n'absorbent pas beaucoup de lumière et sont relativement transparents."
« La combinaison de ces traits et la réalisation de motifs à grande échelle pourraient permettre un large éventail d'applications pratiques, comme les fenêtres solaires génératrices d'énergie, panneaux solaires transparents, et de nouveaux types d'écrans optiques, " a déclaré le co-auteur Zhihua Xu, un scientifique des matériaux au CFN.
"Imaginez une maison avec des fenêtres faites de ce genre de matériau, lequel, combiné avec un toit solaire, réduirait considérablement ses coûts d'électricité. C'est assez excitant, " dit Cotlet.
Les scientifiques ont fabriqué les films minces en nid d'abeille en créant un flux de gouttelettes d'eau de la taille d'un micromètre à travers une fine couche de la solution de mélange polymère/fullerène. Ces gouttelettes d'eau se sont auto-assemblées en grands réseaux dans la solution de polymère. Comme le solvant s'évapore complètement, le polymère forme un motif en nid d'abeille hexagonal sur une grande surface.
"C'est une méthode rentable, avec un potentiel de passage du laboratoire à la production à l'échelle industrielle, " dit Xu.
Les scientifiques ont vérifié l'uniformité de la structure en nid d'abeille avec diverses techniques de sonde à balayage et de microscopie électronique, et testé les propriétés optiques et la génération de charges à diverses parties de la structure en nid d'abeille (bords, centres, et les nœuds où les cellules individuelles se connectent) en utilisant la microscopie à fluorescence confocale à résolution temporelle.
Les scientifiques ont également découvert que le degré de tassement du polymère était déterminé par le taux d'évaporation du solvant, qui à son tour détermine le taux de transport de charge à travers le matériau.
"Plus le solvant s'évapore lentement, plus le polymère est compacté, et meilleur est le transport de charge, " dit Cotlet.
"Notre travail permet de mieux comprendre les propriétés optiques de la structure en nid d'abeille. La prochaine étape consistera à utiliser ces films minces en nid d'abeille pour fabriquer des cellules solaires organiques transparentes et flexibles et d'autres dispositifs, " il a dit.
