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Des molécules photovoltaïques simples mais efficaces !
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Des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies moléculaires d'Angers sont parvenus à montrer que des molécules extrêmement simples, produites facilement, pourraient constituer des alternatives crédibles aux molécules plus complexes et aux polymères utilisés pour la fabrication de cellules solaires organiques.
Ces recherches ont permis de concevoir et de produire des molécules de faible poids moléculaire ayant un rendement électrique supérieur à 4 %. Ces travaux montrent également qu'en optimisant des molécules simples, il est possible de passer de la recherche fondamentale à la production industrielle de dispositifs solaires fabriqués à partir de molécules organiques.
Depuis 20 ans, de nombreux laboratoires dans le monde sont en compétition pour essayer de produire à faible coût et à un niveau industriel des cellules solaires constituées de molécules organiques ayant un rendement comparable à celles des cellules actuelles reposant sur le silicium.
Pour parvenir à cette rupture technologique, deux voies principales sont explorées : la première passe par l'utilisation de polymères. Le problème est que ces matériaux sont composés de chaînes de molécules de différentes longueurs, ce qui peut entraîner des instabilités en termes de propriétés électroniques.
La seconde voie est celle empruntée par ces chercheurs de l'Institut Moltech-Anjou depuis 2005. Elle vise à utiliser des molécules organiques solubles dont la structure est précisément connue. Cette solution technique a abouti récemment à l'obtention de rendement de conversion électrique de l'ordre de 7 %, un niveau qui se rapproche du rendement des cellules à base de polymères.
Malheureusement, jusqu'à présent, ces molécules complexes nécessitaient plus d'une dizaine d'étapes différentes pour leur production. Pour surmonter cette difficulté, les chercheurs de l'Institut Moltech-Anjou ont recherché les molécules les plus simples présentant un effet photovoltaïque intéressant. Ils ont finalement décidé de concentrer leur travail sur un type de molécules à base de triarylamines, qui présentent l'avantage de pouvoir être synthétisées en peu d'étapes.
Ces scientifiques sont ensuite parvenus à optimiser certaines propriétés de ces molécules : capacité d'absorption de la lumière, niveaux d'énergie, stabilité notamment. Partant de ces "briques" très simples, les chercheurs ont ensuite effectué un travail d'ingénierie moléculaire qui consiste à ajuster et à modifier les liaisons et groupements chimiques.
Le résultat final de ces travaux a été l'obtention de molécules de faible masse moléculaire affichant un rendement de conversion électrique supérieur à 4 %, ce qui constitue le rendement le plus élevé obtenu à partir d'une structure de ce type.
Comme ces molécules peuvent être produites à faible coût, elles pourraient permettre rapidement de diminuer la complexité et le coût global de production des cellules photovoltaïques en limitant notamment le recours aux réactifs et solvants toxiques ainsi que l'utilisation de catalyseurs coûteux.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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