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Fait marquant

Conversion photovoltaïque : on y voit plus clair !


Dans une cellule photovoltaïque organique, les charges électriques sont créées par adsorption de la lumière près d’une interface entre deux matériaux. Nous avons observé pour la première fois la photogénération des charges à l’échelle nanométrique grâce à notre technique de microscopie de champ proche qui mesure directement le potentiel électrique de surface.

Publié le 3 février 2010

La conversion photovoltaïque dans les cellules solaires organiques relève du miracle ! En effet, il faut mélanger, à l’échelle de la dizaine de nanomètres, un matériau donneur d’électrons et un matériau accepteur d’électrons. Pour produire beaucoup de charges, le mélange doit contenir un maximum d’interfaces donneur/accepteur tout en formant deux réseaux percolants pour transporter ces charges + et – jusqu’aux électrodes correspondantes.

Les chimistes, physiciens et technologues du photovoltaïque sont convaincus de ce modèle structural. Pourtant pratiquement aucune étude n’a permis d’observer directement ces réseaux percolants et leurs propriétés électro- niques. or voir c’est encore mieux que croire !

Nous avons amélioré la résolution de notre microscope à force atomique en mode sonde de Kelvin sous ultra-vide. Il permet la mesure locale du potentiel électrique à l’échelle du nanomètre, soit dix fois mieux que ce qui se faisait jusqu’alors. Le Laboratoire XLIm de Limoges a fabriqué le mélange P3HT (polymère, donneur) / PCBm (fullerène, accepteur). Nous l’avons observé successivement dans le noir et sous un éclairement à 532 nm, longueur d’onde adsorbée par le polymère. Sous éclairement, l’image du potentiel fait apparaître des halos aux interfaces, signatures de la présence des charges. Nos travaux confirment le scénario généralement admis pour le fonctionnement des cellules P3HT/PCBm.

Superposition d’images de topographie et de potentiel de surface du mélange P3HT (clair) / PCBM (foncé) sous éclairement à 532 nm. Les interfaces donneur/accepteur (bleu) montrent un potentiel très différent de sa valeur «dans le noir» sur une largeur de 3 nm environ.

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