Lego moléculaire

1 avril 2019, 19:34
Lego moléculaire
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La production de cellules solaires « traditionnelles » à partir du silicium nécessite une énergie considérable. En outre, les composants obtenus sont rigides et cassants. À l’inverse, les matériaux pour fabriquer des semi-conducteurs organiques sont flexibles et légers. De là à imaginer qu'ils puissent constituer une alternative prometteuse, il n'y a qu'un pas, pour peu que leur rendement et leur longévité soient améliorés.

D’où les travaux menés sur des matériaux inédits, sous l'égide du professeur Karsten Reuter, par une équipe de chercheurs de l'Université Technique de Munich (TUM) , notamment pour les applications photovoltaïques, mais aussi pour les écrans et les LED. Les travaux portent sur les composés organiques incorporés dans un « squelette » de carbone.

Sélection

Selon leur structure et leur composition, ces molécules et leurs matériaux associés possèdent des caractéristiques physiques différentes, et donc d'innombrables possibilités pour les futurs composants électroniques. Repérer les mieux adaptés pose cependant un problème : fabriquer un nouveau matériau en laboratoire, le tester et l'optimiser nécessite des semaines, voire des mois. Mais il est possible d'accélérer considérablement ce processus grâce à la sélection informatique.

L'ordinateur remplace l'éprouvette

Les chercheurs ont analysé les bases de données existantes grâce à un puissant ordinateur. Cette recherche virtuelle de relations et de modèles est appelée data mining (extraction de connaissances à partir de données). Avec cette méthode, Il est essentiel de savoir ce que vous recherchez : dans le cas présent, il s'agit de conductivité électrique. Une forte conductivité dans une cellule solaire, par exemple, correspond à la circulation d’une grande quantité de courant sous l’effet de l’excitation des molécules par la lumière solaire.

En utilisant des algorithmes perfectionnés, il est possible de rechercher des paramètres physiques très spécifiques : par exemple, le couplage (qui mesure la vitesse de déplacement des électrons d'une molécule à une autre) ou l'énergie de réorganisation (qui indique la facilité ou la difficulté pour une molécule d'adapter sa structure après un transfert de charge).

Regroupements

À l'aide de cette technique, l'équipe de recherche a analysé les données structurelles de 64.000 monocristaux organiques et les a structurées en groupes. Résultat : le squelette de carbone des molécules, et leurs groupes fonctionnels associés, ont une influence importante sur la conductivité.

Les données indiquent les squelettes et les groupes fonctionnels qui facilitent un transport de charges favorable, donc particulièrement adaptés pour le développement de composants électroniques. Avec cette approche, il est possible non seulement de prédire les propriétés d'une molécule, mais également de concevoir de nouveaux composés.

Pour en savoir plus sur les semi-conducteurs organiques, c'est ici.

Source : Université Technique de Munich
 
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