Nanostructures stables : développement de matériaux pour des cellules solaires organiques

 

Dans le cadre d’études sur les cellules solaires organiques, des chercheurs de l’Université Martin-Luther de Halle-Wittenberg (MLU – Saxe-Anhalt) et de l’Université de Bayreuth (Bavière) ont réussi à agir sur la structure des polymères à chaines longues, de manière à ce qu’ils génèrent par eux-mêmes des structures de taille réduite et actives électroniquement. Cette découverte pourrait présenter des perspectives dans le développement de cellules solaires organiques.

En effet, Les cellules solaires communément disponibles sur le marché sont composées, pour la plupart, de matériaux inorganiques tels que le silicium. Pouvoir substituer au moins une couche de ces cellules par un matériau organique, principalement des polymères, permettrait d’abaisser les coûts de production et offrirait plusieurs avantages physiques : des structures moins fragiles, plus faciles à fabriquer et à assembler. Mais il reste encore du chemin à parcourir avant d’utiliser le solaire organique dans les applications courantes, notamment pour des questions de rendement. Alors que les cellules solaires conventionnelles atteignent un rendement d’environ 18%, les tests effectués en laboratoire sur les cellules organiques démontrent des valeurs de rendement s’élévant à 9% actuellement.

Thomas Thurn-Albrecht, chef du groupe de travail « Physique expérimentale des polymères » à Halle , explique les possibilités offertes par ses recherches : « Même si de nombreuses questions restent en suspens, il s’agit d’une étape prometteuse vers des matériaux optimisés et sur mesure pour le photovoltaïque organique ». Les nanostructures découvertes par les chercheurs, en forme de cylindre et de lamelles, sont stables sur la durée ; il s’agit donc de bons candidats pour la poursuite des études. Cette formation de motifs microscopiques réguliers a été réalisée pour la première fois dans le cadre d’une coopération de physiciens et chimistes des Universités de Halle et de Bayreuth. Ils ont créé un matériau semi-conducteur de copolymères dits séquencés (aussi nommés blocs) [1] qui s’auto-organise et ont profité du fait que les structures plus petites se créent par elles-mêmes (par séparation de microphase, soit des différents blocs).

L’élément clé pour l’application dans le photovoltaïque organique est la structure spécifique des copolymères, avec un bloc donneur et un bloc accepteur d’électrons avec différentes propriétés électroniques. Les nanostructures qui en résultent sont nécessaires à une séparation effective des porteurs de charges, à la base de la génération d’énergie.

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[1] les polymères séquencés sont constitués de blocs de différentes compositions connectés entre eux en séquences linéaires : -A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A-B-B- par exemple.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– Sur le photovoltaïque organique en France, voir le BE France 282 – 3/07/2013 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73436.htm
– Prof. Dr. Thomas Thurn-Albrecht, chef du groupe de travail « Physique expérimentale des polymères  » à l’Université Martin-Luther de Halle-Wittenberg (MLU – Saxe-Anhalt) – tél. : +49 345 55 25340 – email : thomas.thurn-albrecht@physik.uni-halle.de

 

Sources :

« Stabile Nanostrukturen: Wissenschaftler aus Halle entwickeln Materialien für organische Solarzellen », dépêche idw, communiqué de presse de l’Université Martin-Luther de Halle-Wittenberg – 23/07/2013 – http://idw-online.de/pages/en/news544734

 

Rédacteurs :

Aurélien Filiali, aurelien.filiali@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr