Les cellules photovoltaïques à colorant sont prometteuses en raison du faible coût de leurs matériaux. Plusieurs pistes sont explorées pour améliorer leur rendement de conversion qui peut atteindre aujourd'hui 10 %. L'une consiste à utiliser deux pigments photosensibles au lieu d'un pour absorber plus largement la lumière solaire. D'autres visent à améliorer la séparation des électrons initialement excités par effet photoélectrique et des lacunes associées (trous).

Des chimistes de l'Iramis envisagent de tester une molécule « deux en une », qui combine ces deux voies. Elle est composée de deux pigments différents, respectivement donneur et accepteur d'électrons (push-pull). Quand elle est photo-excitée, l'électron (ou le trou) photo-émis se déplace sur la partie accepteuse (ou donneuse). Ce transfert de charges intramoléculaire favorise la séparation de charges recherchée au cœur de la cellule photovoltaïque. Mais des processus physico-chimiques comme les interactions de la molécule active avec le solvant (solvatation) peuvent amoindrir le bénéfice attendu, selon la nature du solvant.

Pour optimiser l'utilisation de ce colorant, les chercheurs ont analysé les spectres de fluorescence de la molécule en solution dans quatre solvants différents. Ils ont observé, à l'échelle sub-picoseconde (10^-12 s), les modes de désexcitation radiative (fluorescence) et non radiative avant d'étudier la dynamique de solvatation. Ils espèrent ainsi mieux maîtriser l'influence du solvant et identifier un état excité associé à un transfert de charges à longue durée de vie. Bref, les conditions idéales pour une cellule photovoltaïque à haut rendement !

Ces travaux ont été menés avec Sorbonne Universités.