La photoconversion « boostée » par un mélange énantiopur

Résultats scientifiques Energie Molécules

C’est une avancée prometteuse pour le photovoltaïque organique, cette source d’énergie renouvelable en plein essor. Dans le cadre d’un travail collaboratif, des chercheurs du Laboratoire MOLTECH-Anjou (CNRS/Université d’Angers) et de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) sont parvenus à augmenter significativement la performance des cellules photovoltaïques organiques. Et ce, en changeant… la disposition de certaines molécules. Ces travaux sont parus dans la revue Chemistry –A European Journal.

Depuis quelques années, les cellules photovoltaïques de type organique ont connu des progrès considérables. En particulier grâce à une meilleure compréhension de la morphologie de la couche active, et plus précisément de l’agencement des éléments qui la constituent. Cette couche a pour mission de convertir l’énergie lumineuse en électricité à travers un matériau composé d’un « donneur » et d’un « accepteur » d’électrons transmettant le signal.

Lors de cette étude, les scientifiques se sont penchés sur des  « accepteurs » moléculaires bien particuliers, dits « non-fullerenes ». La particularité de ces nouvelles molécules aromatiques ?  Leur chiralité, c’est-à-dire qu’elles peuvent prendre des dispositions spatiales différentes ; et notamment deux, proches mais distinctes, les énantiomères. Pour schématiser, un énantiomère serait le reflet de l’autre dans un miroir (voir figure).

Les expériences ont montré qu’à l’état solide, un énantiomère pur ne s’organise pas de la même manière que le mélange des deux (racémique). Mieux : cet agencement de molécules ne contenant qu’un seul énantiomère permet d’augmenter significativement – jusqu’à 6 fois - les performances photovoltaïques ! 
Si ces propriétés optiques de la matière étaient déjà connues, peu d’études ont été menées dans le cadre d’applications photovoltaïques. Cette contribution ouvre de nouvelles perspectives fondamentales quant à la conception de matériaux actifs originaux pour la conversion photovoltaïque.

 

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Structure des accepteurs moléculaires chiraux et courbes densité de courant vs. potentiel caractéristique des cellules organiques inverses réalisées dans cette étude en présence de poly(3-hexylthiophene).

 

 

Référence

P. Josse, L. Favereau, C. Shen, S. Dabos-Seignon, P. Blanchard, C. Cabanetos, J. Crassous

Enantiopure vs. Racemic Naphthalimide End-Capped Helicenic Non-Fullerene Electron Acceptors: Impact on Organic Photovoltaics Performance

Chemistry –A European Journal 10 avril 2017 
DOI: 10.1002/chem.201701066

 

 

 

 

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INC & Institut parisien de chimie moléculaire