Imaginez la technologie comme une voiture de course dévalant une piste à toute vitesse :elle ne peut aller aussi vite que son moteur le permet. Mais juste au moment où les cellules solaires organiques semblaient se heurter à un obstacle, arrive le 3PNIN, une molécule révolutionnaire en forme d'hélice, prête à accélérer leur progression et à briser les barrières.
Les cellules solaires organiques (OSC) représentent le summum des énergies renouvelables, mais certains composants ont pris un retard considérable par rapport à la trajectoire de développement en cours. En particulier, les matériaux d'interface cathodique (CIM) n'ont pas réussi à maintenir l'élan nécessaire pour suivre l'amélioration continue des OSC.
Les CIM jouent un rôle essentiel en facilitant la conduction du courant du métal au semi-conducteur et vice versa ; par conséquent, s’ils ne parviennent pas à réaliser des performances de transport d’électrons, l’efficacité de conversion de puissance (PCE) des OSC est compromise. En réponse à ce défi, les chercheurs ont étudié l'impact de la structure moléculaire sur les performances globales de la cellule et des matériaux d'interface.
Deux composés en forme d'hélice illustrent l'influence significative que la configuration moléculaire peut exercer sur l'amélioration de la fonctionnalité des CIM et, par conséquent, des performances photovoltaïques des OSC.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Nano Research .
L'étude a rapporté deux isomères, 3PNIN et 3ONIN, qui sont des molécules partageant la même formule mais possédant des arrangements distincts de groupes coiffés par leurs extrémités. Ces arrangements de groupes variés permettent à différentes interactions intermoléculaires d'avoir lieu au sein d'un isomère, ce qui peut ne pas être réalisable avec l'autre.
« Dans le vaste domaine des énergies renouvelables, les OSC ont pris de l'importance, caractérisés par leur architecture éthérée, leur semi-transparence, leur production rentable et leur assemblage imprimé évolutif, annonçant une nouvelle ère dans l'alimentation de technologies portables flexibles », a fait remarquer le professeur Minghua. Huang, auteur de l'étude.
L’importance de cette technologie dans un monde où les sources d’énergie durables ont gagné en popularité (et en nécessité) ne peut être surestimée. Lors des tests des isomères en forme d'hélice présentés dans cette recherche, les résultats ont révélé que les deux composés peuvent exercer des effets très différents en fonction de leur configuration, une variante surpassant l'autre pour améliorer la fonctionnalité des CIM.
Le 3PNIN présente une structure moléculaire plus planaire par rapport à son homologue 3ONIN. Cette disparité structurelle permet aux groupes aux extrémités du 3PNIN de se situer plus à plat par rapport au 3ONIN, démontrant ainsi des améliorations significatives des fonctionnalités, telles que la mobilité électronique et la conductivité. « En conséquence, les dispositifs OSC traités au 3PNIN et au 3ONIN donnent des PCE de 17,73 % et 16,82 %, respectivement », a déclaré Huang.
3PNIN est très prometteur dans la fabrication d'un dispositif thermiquement stable tout en améliorant également le PCE des OSC, en plus des avantages d'une mobilité et d'une conductivité améliorées par rapport à la technologie dominante largement utilisée pour les CIM. Un perfectionnement plus poussé des dispositifs OSC traités avec l'isomère 3PNIN pourrait potentiellement faire progresser les taux d'accessibilité et d'efficacité de cette source d'énergie.
Les améliorations apportées aux OSC peuvent avoir un impact considérable sur le paysage des énergies renouvelables et pourraient s'étendre à d'autres domaines technologiques dépendants de l'électronique organique.
Plus d'informations : Hao Liu et al, Isomères NI en forme d'hélice du matériau d'interface cathodique pour des cellules solaires organiques efficaces, Nano Research (2024). DOI :10.1007/s12274-024-6482-z
Fourni par Tsinghua University Press
