L’empilement de molécules améliore l’efficacité des cellules solaires organiques
par Riko Seibo
Tokyo, Japon (SPX) 08 août 2024
L’exploitation de l’énergie solaire est essentielle pour un avenir sturdy. Pour cela, des dispositifs optoélectroniques efficaces comme les cellules solaires sont essentiels. Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont découvert une nouvelle méthode pour améliorer l’efficacité de ces dispositifs en contrôlant l’empilement des molécules absorbant la lumière.
Les dispositifs optoélectroniques organiques, notamment les cellules solaires, gagnent en popularité en raison de leur flexibilité et de leur légèreté. Leur efficacité dépend de la capacité de leurs molécules organiques absorbant la lumière à convertir la lumière en « porteurs de cost libres » qui génèrent du courant électrique. L’énergie nécessaire pour créer ces porteurs est appelée « énergie de liaison des excitons ».
Une énergie de liaison des excitons plus faible signifie une génération plus facile de porteurs de cost libres, améliorant ainsi les performances du dispositif. Cependant, la conception de molécules à faible énergie de liaison des excitons dans un état solide s’est avérée difficile.
L’équipe de recherche a découvert que l’énergie de liaison des excitons dans les matériaux solides est influencée par la façon dont les molécules s’empilent, un phénomène connu sous le nom d’agrégation.
« Nous avons synthétisé deux sorts de molécules semblables en forme d’étoile, l’une avec un centre versatile et l’autre avec un centre rigide », explique l’auteur principal Hiroki Mori. « Les molécules individuelles se comportaient de manière similaire lorsqu’elles étaient dispersées dans une answer, mais de manière très différente lorsqu’elles étaient empilées ensemble dans de minces movies solides. »
Les molécules rigides s’empilent bien, comme des plaques, alors que les molécules flexibles ne le font pas. Par conséquent, à l’état solide, les molécules rigides présentent une énergie de liaison aux excitons bien inférieure à celle des molécules flexibles. Pour confirmer cela, l’équipe a construit une cellule solaire organique monocomposant et un photocatalyseur utilisant chaque sort de molécule. Les dispositifs fabriqués avec les molécules rigides ont démontré des performances supérieures en raison de leur faible énergie de liaison aux excitons, ce qui a conduit à une génération élevée de porteurs de cost libres.
« Nos résultats, qui montrent que la fabrication de molécules qui s’agrègent bien peut réduire l’énergie de liaison des excitons, sont vraiment passionnants », déclare l’auteur principal Yutaka Ie. « Cela pourrait nous fournir une nouvelle façon de concevoir des dispositifs optoélectroniques plus efficaces. »
Cette étude souligne l’significance de l’interplay moléculaire dans les solides pour les performances des dispositifs. Elle suggère que la conception de dispositifs optoélectroniques hautes performances devrait prendre en compte d’autres facteurs que les propriétés moléculaires individuelles. Cette approche visant à réduire l’énergie de liaison des excitons pourrait conduire à la prochaine génération d’architectures de dispositifs optoélectroniques.
Rapport de recherche :Un semi-conducteur organique à base de dibenzo(g,p)chrysène avec une faible énergie de liaison des excitons by way of l’agrégation moléculaire
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Université d’Osaka
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