Changement sur l’illustration de couverture du problème de biochimie et de physique macromoléculaires présentant l’étude documentée dans cette histoire, chacune des illustrations avec le premier auteur de l’étude. Crédits : Marina Tepliakova/Skoltech
Les chercheurs de Skoltech et leurs propres collègues ont synthétisé un nouveau polymère conjugué lié pour l’électronique grand public organique à l’aide de deux réactions chimiques différentes et ont démontré l’impact des deux méthodes sur ses performances dans les cellules solaires organiques et pérovskites. Les articles ont été publiés dans la revue Chimie macromoléculaire et physique .
Alors que le monde tente de passer à des énergies propres et renouvelables, telles que l’énergie solaire, les scientifiques s’efforcent de rendre les cellules solaires plus efficaces pour produire de l’électricité. Parmi les stratégies prometteuses figurent deux systèmes photovoltaïques en développement rapide avec un potentiel pour l’ère de l’énergie solaire durable et abordable : les cellules solaires organiques et les panneaux solaires en pérovskite aux halogénures de plomb. Leur principal avantage par rapport aux panneaux solaires commerciaux à base de silicium cristallin est le faible coût associé au dépôt de la couche photoactive de remède. Il rend la création d’énergie moins chère, simplifie l’escalade des méthodes d’impression et des produits rouleau à rouleau, et permet la fabrication de gadgets sur des zones polyvalentes et extensibles.
Cependant, il existe de nombreux obstacles à l’adoption commune de ces systèmes. D’une part, les performances des panneaux solaires organiques ont encore un bon chemin à parcourir. Cela nécessitera de peaufiner la composition du niveau photoactif. Dans les cellules solaires naturelles, la conversion lumière-énergie se produit dans la couche photoactive qui comprend un mélange de matériaux donneur et accepteur – le donneur est généralement un polymère conjugué.
Quant aux panneaux solaires en pérovskite, ils ont atteint un incroyable rendement record autorisé de 25,5%, mais la stabilité à long terme continue d’être un problème. Des études récentes ont montré que la stabilité du gadget peut être améliorée en recouvrant le matériau de pérovskite photoactif à l’aide d’une couche d’extraction de charge qui offre une encapsulation efficace. Entre autres matériaux, cette fonction de sécurité peut être assurée par des polymères conjugués, d’où l’importance d’augmenter leur qualité simplement en améliorant leur activité.
« Les polymères conjugués ont une variété d’applications essentielles, ce qui nous incite tous à rechercher des moyens d’améliorer leur synthèse pour améliorer leur qualité, ce qui peut conduire à une meilleure fonctionnalité des produits photovoltaïques. Notre étude cible un type particulier de polymères conjugués, qui contiennent l’unité isoindigo particulière au sein de la chaîne polymère. Les résultats particuliers démontrent qu’entre les deux voies artificielles appliquées pour la synthèse particulière de matériaux à base d’isoindigo, la réaction de Stille devrait être privilégiée par rapport à la réaction de Suzuki comme dernière étape de l’activité », a expliqué Marina Tepliakova, doctorante de Skoltech.
Avec Skoltech Provost Keith Stevenson et leurs collègues particuliers du RAS Institute for Difficulties of Chemical Physics, Marina Tepliakova a synthétisé un polymère conjugué lié à base d’isoindigo, un bon isomère du populaire colorant indigo. L’équipe particulière a utilisé 2 voies de synthèse populaires pour produire des polymères à base d’isoindigo : les réponses de polycondensation Stille et Suzuki.
Les polymères conjugués sont des composants organiques contenant généralement des unités de commutation donneuse et acceptrice dans leur construction, c’est pourquoi ils sont également connus sous le nom de matériaux DADAD. Les modèles D et A particuliers, appelés monomères, sont généralement liés en chaînes polymères à l’aide de différentes réactions de polymérisation, qui reposent toutes sur des monomères particuliers portant des organisations fonctionnelles supplémentaires spécifiques pour commencer. Pour les polymères incorporant l’unité isoindigo comme composant accepteur, deux voies artificielles sont disponibles, ainsi que l’étude de l’équipe Skoltech-IPCP RAS les a toutes deux analysées.
Outre la distinction d’équipe fonctionnelle mentionnée ci-dessus, les 2 voies de synthèse sont très différentes en termes de problèmes de réaction requis. Par exemple, la procédure particulière de polycondensation de Suzuki exige qu’une base inorganique soit présente avec les deux monomères dans le mélange de liquides non miscibles : l’eau et le solvant naturel. Le déplacement des monomères entre les phases est généralement activé par des molécules spécifiques appelées catalyseurs de déplacement. La réaction de Stille se produit généralement en une seule phase avec des températures élevées. De plus, les deux réactions nécessitent des catalyseurs à base de palladium.
“Notre première déclaration était que les problèmes standard de la réponse Suzuki étaient incompatibles avec l’activité des monomères à base d’isoindigo”, a commenté Marina Tepliakova. « En utilisant la chromatographie liquide haut de gamme, nous avons tous observé la décomposition de la transmission des monomères en 3 signaux distincts associés à certains sous-produits avec différents temps de rétention dans les circonstances Suzuki standard. Cela signifiait que la destruction permanente du monomère à base d’isoindigo se produisait. Nous avons donc ajusté les conditions de réponse jusqu’à ce qu’elles ne soient pas nocives pour le matériau en particulier. ”
[High-performance liquid chromatography is an analytic technique that identifies components in a mixture by pumping it under pressure through a column filled with an adsorbent material. Since each compound in the mixture interacts with the adsorbent in a different way, it can be identified by its unique retention time — how long it takes for it to pass through the column.]
Après avoir peaufiné la réaction de Suzuki, l’équipe a continué à synthétiser le plastique en utilisant les deux voies. Les composants résultants se sont avérés obtenir des haltères moléculaires et des attributs optoélectroniques similaires. Ensuite, les scientifiques ont testé les exemples dans les produits photovoltaïques : les cellules solaires organiques et pérovskites. Le polymère lié obtenu à l’aide de la réaction de Stille a démontré d’excellentes performances avec des rendements de 15,1 % et 4,1 % dans la pérovskite plus des cellules solaires organiques, de manière correspondante ; avec les matériaux dérivés de Suzuki délivrant 12. 6% et 2 . 7% d’efficacité.
L’équipe a attribué la performance à la présence de pièges de charge présumés dans le matériau obtenu en utilisant la réaction de Suzuki. Cette hypothèse particulière a été vérifiée à l’aide d’une technique connue sous le nom de résonance de spin électronique, qui montrait généralement que les matériaux obtenus via la voie de Stille avaient 5 fois moins de problèmes.
En modifiant l’approche de la synthèse de monomères à base d’isoindigo, les chercheurs ont trouvé une méthode pour produire des matériaux de haute qualité qui fonctionnent correctement dans les matériaux cellulaires photovoltaïques. Dans un test de suivi, l’équipe synthétise actuellement plusieurs composants à tester dans des cellules solaires à pérovskite. Cette étude à venir pourra clarifier le lien entre la structure des matériaux et les performances du gadget.
Point de référence: “Impact of Artificial Route on Pv Properties of Isoindigo-Containing Conjugated Polymers” simplement par Marina M. Tepliakova, Ilya E. Kuznetsov, Irina A. Avilova, Keith J. Stevenson et Alexander Sixth is v. Akkuratov, 10 06 2021 , Chimie macromoléculaire et physique .
EST CE QUE JE: Dix. 1002/macp. 202100136