Les molécules organiques qui captent les photons et les convertissent en électricité ont un rôle important
L'efficacité quantique est considérée comme inférieureoptimal si «auto-extinguible» a lieu, lorsqu'une molécule, excitée par un photon entrant, cède une partie de son énergie à une molécule identique non excitée, à la suite de quoi les deux molécules sont dans un état d'énergie intermédiaire, trop faible pour la formation d'un électron. Mais si les donneurs et accepteurs d'électrons sont mieux séparés, l'auto-amortissement est limité, de sorte que l'efficacité quantique est améliorée.
"L'ADN représente un attractiféchafaudage pour créer des supramolécules récoltant la lumière : sa structure hélicoïdale, ses distances fixes entre les bases nucléotidiques et son appariement de bases canoniques contrôlent avec précision la position des chromophores. Nous montrons ici que les buckyballs de carbone liés à des nucléosides modifiés insérés dans une hélice d’ADN améliorent considérablement l’efficacité quantique. Nous montrons également que la structure tridimensionnelle de la supramolécule est conservée non seulement en phase liquide, mais également en phase solide, par exemple dans les futures cellules solaires organiques.
Dr Hans-Achim Wagenknecht, professeur de chimie organique à l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT).
Comme cadre, les scientifiques ont utiliséChaînes d'ADN simple brin, désoxyadénosine (A) et thymine (T) de 20 nucléotides. Cette longueur a été choisie parce que la théorie suggère que les oligonucléotides d'ADN plus courts ne s'assembleront pas de manière ordonnée et que les plus longs sont insolubles dans l'eau. Les chromophores étaient des molécules de pyrène fluorescentes à fluorescence violette et des molécules de rouge Nil à fluorescence rouge, chacune étant liée de manière non covalente à un nucléoside synthétique de désoxyribose d'uracile. Chaque nucléoside était associé à un squelette d'ADN, mais l'ordre du pyrène et des rouges de Nil a été laissé au hasard lors de l'auto-assemblage.
Quant aux accepteurs d'électrons, les scientifiquestesté deux formes de buckyballs, également appelées fullerènes, qui sont connues pour avoir d'excellentes propriétés d'extinction (réception d'électrons). Chaque buckyball était une boule creuse faite d'anneaux imbriqués de cinq ou six atomes de carbone pour un total de 60 atomes de carbone par molécule. La première forme de buckyball testée se lie de manière non spécifique à l'ADN par des charges électrostatiques. La deuxième forme - non testée auparavant comme accepteur d'électrons - était liée de manière covalente via l'éther malonique à deux nucléosides U-désoxyribose flanquants, ce qui lui permettait de s'apparier avec le nucléotide A sur l'ADN.
Les chercheurs ont confirmé expérimentalement queLa structure tridimensionnelle d’une supramolécule à base d’ADN est conservée en phase solide : il s’agit d’une exigence essentielle pour les applications de cellules solaires. À cette fin, ils ont testé des supramolécules avec n’importe quelle forme de buckyballs comme couche active d’une cellule solaire miniature. Les conceptions ont montré une excellente séparation des charges - la formation d'un trou positif et d'une charge électronique négative dans le chromophore et leur acceptation par les buckyballs voisins - avec n'importe quelle forme de buckyball, mais particulièrement pour la seconde forme.
Les auteurs expliquent cela par desliaison via l'appariement de bases canoniques au squelette d'ADN de la deuxième forme, ce qui devrait conduire à une distance plus petite entre le buckyball et le chromophore. Cela signifie que la deuxième forme est la mieux adaptée pour une utilisation dans les cellules solaires.
Les scientifiques ne s'attendent pas à ce que tout le monde aitcellules solaires avec de l'ADN sur le toit. Mais la chiralité de l'ADN est intéressante: les cellules solaires sur cette base peuvent percevoir la lumière avec une polarisation circulaire dans des applications spécialisées.
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