(PhysOrg.com) -- Les cellules solaires fabriquées à partir de matériaux organiques sont peu coûteuses, léger et souple, mais leurs performances sont à la traîne par rapport aux cellules contenant du silicium ou d'autres matériaux inorganiques. Le chimiste de Cornell William Dichtel et ses collègues ont trouvé un moyen de synthétiser des films organiques ordonnés qui pourraient constituer une étape majeure vers la résolution de ce problème.

C'est la première fois que des chercheurs sont en mesure d'amadouer des matériaux connus sous le nom de structures organiques covalentes (COF) à partir de leur forme de poudre commune en feuilles plates de molécules précisément ordonnées sur une surface conductrice. Cela élimine un obstacle majeur à l'utilisation des COF pour remplacer les plus chers, matériaux moins polyvalents utilisés dans les cellules solaires et autres appareils électroniques aujourd'hui.

La recherche paraît dans le numéro du 8 avril de Science .

Les COF ont une variété de propriétés que l'on ne trouve pas dans les polymères organiques traditionnels, y compris une excellente stabilité thermique, surface élevée et porosité permanente. Mais alors que les chercheurs les ont identifiés comme des candidats intrigants pour de tels dispositifs, ils ont été paralysés par le fait que les matériaux n'existent normalement que sous forme de poudres insolubles.

Dichtel, professeur assistant de chimie et biologie chimique, et ses collègues ont développé un processus simple pour faire croître des films minces (25-400 nanomètres d'épaisseur) de COF sur une surface de graphène, une feuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur. Ils ont utilisé la diffraction des rayons X à la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) pour déterminer la structure et l'orientation des matériaux. Les COF se développent comme des films continus de bien ordonnés, couches empilées sur les surfaces de graphène.

Contrairement à la forme poudre, les films développés sur des surfaces transparentes peuvent être sondés à l'aide de mesures optiques modernes. Les chercheurs peuvent également faire varier les propriétés des cadres en modifiant la structure de leurs composants.

"Ces matériaux sont si polyvalents - nous pouvons ajuster les propriétés de manière rationnelle, plutôt que de compter sur des molécules pour emballer dans des films de manière imprévisible, " dit Dichtel.

Démontrer, les chercheurs ont créé trois variantes des cadres. De l'arbre, l'un est particulièrement prometteur pour les cellules solaires - il utilise des molécules appelées phtalocyanines, que l'on trouve couramment dans les teintures industrielles utilisées dans des produits allant des jeans aux stylos à encre.

Phtalocyanines, qui sont liés à la chlorophylle, absorber la lumière sur la majeure partie du spectre solaire - une propriété rare pour un seul matériau organique.

"L'obtention de ces matériaux sous forme de films sur des matériaux d'électrodes est une étape majeure vers leur étude et leur utilisation dans des dispositifs, " Dichtel a déclaré. "Cette méthode représente un moyen général d'assembler des molécules sur des surfaces de manière prévisible. Ce travail ouvre la porte à prendre ces matériaux dans de nombreuses autres directions."