Les physiciens de l'Université d'Umeå ont, avec des chercheurs de l'UC Berkeley, ETATS-UNIS, a développé une méthode pour synthétiser un type unique et nouveau de matériau qui ressemble à un nanoruban de graphène mais sous forme moléculaire. Ce matériau pourrait être important pour le développement ultérieur des cellules solaires organiques. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique ACS Nano .
Les nanorubans sont constitués de molécules de formule chimique [6, Ester méthylique de l'acide 6]-phényl-C61-butyrique. Pour faire court, il est noté PCBM, et en pratique, c'est une molécule de fullerène (une molécule de carbone en forme de ballon de football) avec un bras latéral attaché pour augmenter sa solubilité. Les molécules PCBM sont couramment utilisées dans les cellules solaires organiques car elles ont une très bonne capacité à transporter les électrons libres qui sont "générés" par la lumière solaire.
Les chercheurs de l'Université d'Umeå et de l'UC Berkeley ont maintenant développé une méthode pour organiser ces molécules en fines, nanorubans cristallins qui ne font que quatre nanomètres de large. Les nanorubans sont développés dans un processus de solution avec une efficacité assez élevée et tous les nanorubans ont une morphologie unique avec des bords en zigzag.
"C'est un matériau très intrigant et la méthode est assez simple. Le matériau ressemble aux nanorubans de graphène plus connus, mais dans notre matériau, chaque atome de carbone est « remplacé » par une molécule, " dit Thomas Wågberg, professeur agrégé au Département de physique, qui a dirigé l'étude.
Les résultats sont intéressants pour plusieurs raisons; c'est la première fois que des structures d'aussi petites dimensions sont réalisées avec ce type de molécule, et les dimensions des nanorubans suggèrent qu'ils devraient être idéaux comme « autoroutes électroniques » dans les cellules solaires organiques. Une cellule solaire organique se compose généralement de deux types de matériaux, un qui conduit les électrons et un qui conduit les "trous" qui sont laissés lorsque l'électron reçoit un regain d'énergie de la lumière solaire entrante (vous pouvez voir le transport du "trou" comme un espace vide dans le trafic reculant dans un trafic file d'attente qui avance).
Un conducteur d'électrons dans les cellules solaires organiques devrait idéalement former de longs chemins vers l'électrode, mais en même temps être plus mince que 10-15 nanomètres (environ 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu normal). Les nanorubans PCBM nouvellement développés satisfont à toutes ces exigences.
"Avec le groupe du professeur Ludvig Edman au Département de physique de l'Université d'Umeå, nous étudions maintenant plus avant ce matériau en tant que composant potentiel des cellules solaires organiques dans l'espoir de rendre ces dispositifs plus efficaces, " dit Thomas Wågberg.
Notre étude est bien sûr également intéressante pour des raisons fondamentales puisqu'elle ouvre des possibilités pour étudier des propriétés physiques importantes de matériaux moléculaires aux dimensions nanométriques.
À propos des nanorubans :
Les nanostructures de carbone existent sous de nombreuses formes différentes. Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone, qui peuvent être "déchirés" en nanorubans dans certaines circonstances. En raison de la diminution des dimensions dans une direction, les nanorubans de graphène présentent de nombreuses propriétés uniques. Les fullerènes, quant à eux, sont des molécules en forme de ballon de football également constituées d'atomes de carbone, tandis que les PCBM sont des molécules de type fullerène avec plusieurs propriétés intéressantes et un bras latéral attaché pour augmenter leur solubilité. Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont pu construire des nanorubans comprenant des molécules de PCBM au lieu d'atomes de carbone, de sorte que la structure ressemble fortement à un nanoruban de graphène sous forme moléculaire.
