De nouvelles informations sur les mécanismes fondamentaux dans les cellules solaires organiques Les cellules solaires organiques constituent une alternative compétitive aux cellules standard en silicium pour répondre à la demande croissante en énergie renouvelable à bas coût. Un projet financé par l'UE a jeté une lumière nouvelle sur les processus électroniques fondamentaux qui se déroulent pendant l'absorption de lumière dans les couches actives de ces cellules. Énergie Recherche fondamentale © biDaala_studio, Shutterstock Le photovoltaïque organique est un domaine de recherche très actif qui, dans le cadre plus large de l'électronique organique, inclut des défis en termes de compréhension de la structure de la matière et des propriétés qui en résultent. La recherche aidera à découvrir des matériaux organiques avancés pour créer des cellules solaires améliorées qui seront plus légères, moins chères et plus souples, créant de nouvelles possibilités pour les cellules solaires et l'électronique. Si le travail de modélisation constitue une avancée majeure vers la conception de matériaux améliorés, les outils de calcul couvrant la longueur et les échelles de temps des processus électroniques dans les matériaux organiques ne sont pas encore largement disponibles. Pour répondre à ce besoin, les chercheurs du projet BEST ont réussi à développer une plateforme de modélisation intégrée multi-échelle qui permet de décrire plus précisément les processus électroniques fondamentaux qui ont lieu dans les semi-conducteurs organiques. Un objectif majeur du projet consistait à explorer comment les matériaux actifs qui sont généralement constitués d'un mélange d'accepteur d'électrons à base de fullerène et un donneur d'électrons à base de polymère sont optiquement excités, et comment cette excitation se diffuse vers les molécules et se trouve convertie pour séparer les charges qui génèrent de l'électricité. Les résultats de la recherche montrent que les états électroniques dans les dérivés solubles de fullerène sont caractérisés par des porteurs de charge localisés à température ambiante qui soutiennent des états à haute énergie. En augmentant les distances électron-trou, la délocalisation des états excités permet de réduire les pertes d'énergie par recombinaison de charge, un processus qui limite fortement l'efficacité des cellules solaires organiques. Une autre partie de l'étude BEST s'est concentrée sur le mécanisme largement inexploré de la fission de singulet dans les matériaux organiques. Les cellules solaires sensibilisées avec un matériau de fission de singulet peuvent augmenter de manière significative le rendement de conversion de puissance. En combinant travail de modélisation et mesures de spectroscopie à résolution temporelle, l'équipe a obtenu des informations supplémentaires sur la structure électronique complexe et les propriétés d'état excité des co-cristaux pentacène-perfluoropentacène. Le manque de compréhension du mécanisme de dopage moléculaire dans les semi-conducteurs organiques est l'un des principaux facteurs qui ralentissent l'adoption généralisée des cellules solaires organiques. Les chercheurs ont proposé un modèle général pour l'étude du dopage moléculaire qui peut être complètement paramétré à partir de calculs de premier principe et qui décrit de manière plus précise les relations structure-propriété dans les semi-conducteurs dopés. Le travail théorique et calculatoire conduit dans le cadre de BEST devrait permettre de concevoir des matériaux organiques avancés pour créer des cellules solaires plus efficaces. Mots‑clés Cellules solaires organiques, procédés électroniques, BEST, semi-conducteurs organiques, fission de singulet
