Nouveaux matériaux hybrides auto-organisés pour la conversion photovoltaïque

Publié par Redbran le 13/05/2021 à 13:00
Source: CNRS INC
Les cellules photovoltaïques, constituants des panneaux solaires, et plus généralement tous les composants optoélectroniques qui fonctionnent avec la lumière, contiennent des semiconducteurs qui assurent la circulation des charges au sein du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...). Optimiser le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de ces charges est essentiel pour les performances de ces dispositifs.


© Guillaume Izzet

Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...), des équipes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) parisien de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) moléculaire (CNRS/Sorbonne Université) et de l'Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et chimie de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) viennent de synthétiser un nouveau type de matériau hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés,...) (organique/inorganique) auto-organisé semiconducteur et photoactif, associant au sein d'une même architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) moléculaire des entités donneuses d'électrons et un nano-oxyde moléculaire accepteur. L'association inédite de ces deux sous-unités devrait permettre de favoriser le transport des charges au sein du matériau. Ces résultats sont à retrouver dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

Les meilleurs panneaux solaires à base de cellules photovoltaïques organiques sont actuellement constitués de mélanges hétérogènes de donneurs et d'accepteurs d'électrons moléculaires, appelés semi-conducteurs, sous forme de couches minces pour leur insertion dans des dispositifs. Le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) de l'organisation (Une organisation est) de ces entités dans ces semi-conducteurs est un point (Graphie) clé de l'amélioration de leurs performances optoélectroniques. En effet, la réalisation de tels matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) présentant des sous-domaines donneurs d'électrons et d'autres accepteurs d'électrons bien séparés pour faciliter leur circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) dans le matériau, et donc leur récupération sous forme de courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...), reste un défi car ces structures ont plutôt tendance à s'appareiller du fait de leur complémentarité électronique.

Ce défi vient d'être relevé par des scientifiques de l'Institut parisien de chimie moléculaire (CNRS / Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Université) et l'Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Strasbourg)* qui viennent de développer un nouveau matériau hybride semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un...) mésomorphe, état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne...) intermédiaire entre l'état amorphe et l'état cristallin. Au sein d'une même architecture moléculaire, les équipes sont parvenues à associer des entités organiques donneuses d'électrons à un nano-oxyde moléculaire appelé polyoxometallate (POM). Le caractère antagoniste du POM (ionique) et du donneur organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) (hydrophobe) conduit à la nanoségrégation des unités donneuses et acceptrices et au caractère mésomorphe** du matériau. Cet état mésomorphe est particulièrement intéressant pour la mise en forme du matériau en couches minces dans de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) dispositifs optoélectroniques et ouvre la voie à l'amélioration de leurs performances.

Notes:
* En collaboration avec le laboratoire de Spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) (CNRS/Université de Lille), l'Institut Lavoisier (CNRS/Université Paris-Saclay) et le Center for organic photonics and electronics research (Kyushu University, Japan).
** Etat de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) intermédiaire entre l'état amorphe et l'état cristallin.

Référence:
X. Zhu, C. Hessin, A. Salamé, L. Sosa-Vargas, D. Kreher, C. Adachi, A. Proust, P. Mialane, J. Marrot, A. Bouchet, M. Sliwa, S. Méry, B. Heinrich, F. Mathevet & G. Izzet.
Photoactive Organic/Inorganic Hybrid Materials with Nanosegregated Donor-Acceptor Arrays
Angewandte Chemie International Edition 2021
https://doi.org/10.1002/anie.202014319

Contacts:
Guillaume Izzet - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut parisien de chimie moléculaire
guillaume.izzet at sorbonne-universite.fr

Fabrice Mathevet - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire
fabrice.mathevet at sorbonne-universite.fr

Benoit Heinrich - Ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) à l'Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg
benoit.heinrich at ipcms.unistra.fr

Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut de chimie du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...)
inc.communication at cnrs.fr

Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS
anne-valerie.ruzette at cnrs.fr

Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC
inc.communication at cnrs.fr
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