Une nouvelle étude explore les mécanismes de conversion des piles solaires
La technologie photovoltaïque est une méthode durable importante vers les réponses aux demandes mondiales en énergie utilisant la lumière du soleil pour produire de l'électricité. Les concepteurs de polymères synthétiques utilisés pour ces applications ont fait face à un obstacle majeur dû à la difficulté inhérente à l'atteinte de rendements quantiques élevés lors de la conversion de l'énergie. Même les systèmes les plus performants n'atteignent que 5 % d'efficacité lors de la conversion. Des scientifiques européens actifs au projet EASE (Energy transfer in supramolecular nanostructures) cherchent à s'inspirer de la nature. L'équipe a utilisé des méthodes et systèmes informatiques de pointe pour étudier les mécanismes utilisés par les centres de photosynthèse naturelle pour atteindre des rendements quantiques élevés. Une grande partie du travail était consacrée à l'étude des processus de transfert ultra-rapides dans des systèmes à nanotubes de carbone fonctionnalisés avec des chromophores. Avec un transfert d'énergie hautement efficace, les complexes de porphyrine-CNT sont idéaux pour les éléments photovoltaïques organiques et les diodes électroluminescentes organiques. Des chercheurs ont étudié la structure électronique du chromophore porphyrine et les transitions CNT utilisant différentes méthodes de théorie fonctionnelle de la densité. Ils ont ensuite déterminé les densités spectrales des molécules et les raccords électroniques-vibratoires (vibronique) réfléchissants qui jouent un rôle crucial dans le phénomène de transfert à l'étude. Pour ce faire, les chercheurs ont présenté un protocole où l'optimisation des géométries excitées sert à déterminer les raccords vibroniques. Les raccords électroniques entre la porphyrine et les fragments de CNT ont été déduits des densités de transition. Un code interne a été utilisé pour obtenir les densités spectrales pertinentes des données de la structure électronique. Tout ce travail a conduit à l'obtention des équations paramétriques de la fonction hamiltonienne vibronique-raccord pour le système porphyrine-CNT. Cette fonction a ensuite été utilisée dans des calculs numériques basés sur la méthode Hartree multi-configuration et dépendante du temps. Les chercheurs ont comparé la méthode Hartree multi-configuration et dépendante du temps avec les résultats numériques de la méthode matricielle de la densité partiellement linéarisée. Les porphyrines constituent un point de départ pour les études de suivi relatives aux processus de transfert de charge et d'énergie concurrents. Leurs résultats ont, d'une part, permis d'importantes découvertes scientifiques, mais également offert de nombreuses opportunités de formation et de présentation des résultats lors de conférences internationales de vulgarisation. EASE a apporté une contribution considérable au domaine du transfert d'énergie dans des structures supramoléculaires grâce à leurs modèles informatiques et leurs applications.
Mots‑clés
Pile solaire, dynamique quantique, conversion de l'énergie, rendement quantique, transfert d'énergie, vibronique
