La chimie des matériaux est un domaine de recherche en évolution rapide, avec des milliers de semi-conducteurs différents et de nouveaux matériaux ajoutés en permanence. Quel matériau parmi cette variété serait le meilleur pour une application dans les batteries solaires, par exemple ? A quoi devrait ressembler un tel matériau s’il n’a pas encore été synthétisé ?
À cette fin, le Dr Aleksandr Savateev a analysé les données de recherche traitant de la charge des matériaux par la lumière et a compilé leurs résultats : « Les scientifiques génèrent une énorme quantité de données. Dans un seul article de recherche, les données sont analysées, les tendances sont dérivées et expliquées. Cependant, l’analyse complète des données couvrant des décennies de recherche, même dans un domaine, est très rare. L’absence d’une telle analyse retarde finalement la mise en œuvre des développements technologiques – et c’est là que la base de données entre en jeu », explique le Dr Savateev.
Il y a quarante ans, un phénomène physique a été observé et étudié qui pourrait permettre de combiner un collecteur de lumière et une batterie dans un seul appareil. Les fermes solaires produisent de l’électricité renouvelable, mais les panneaux solaires ne peuvent pas encore la stocker. Divers matériaux semi-conducteurs, y compris ceux composés d’éléments abondants, tels que le carbone et l’azote, sont photochargés lorsqu’ils sont irradiés avec de la lumière visible.
Semblable à une batterie électrique, un semi-conducteur reste chargé dans l’obscurité pendant des heures, voire des jours, et l’énergie stockée dans un semi-conducteur photochargé peut être utilisée à la demande à diverses fins : « La base de données pourrait aider à trouver les bons semi-conducteurs beaucoup plus rapidement », Savateev dit.
Les semi-conducteurs photochargeables peuvent non seulement être utilisés pour convertir la lumière solaire pour charger les smartphones, mais les laboratoires de recherche du monde entier utilisent ces matériaux au lieu d’éléments rares et de réactifs coûteux pour obtenir des composés organiques à valeur ajoutée.
Les chimistes organiques et les scientifiques des matériaux peuvent utiliser la base de données en ligne sur les matériaux photochargés pour leurs recherches afin de sélectionner le matériau semi-conducteur le plus approprié. Différents filtres peuvent être appliqués pour mettre en évidence les points de données souhaités selon un critère spécifique.
Déjà, certaines tendances entre la structure des matériaux semi-conducteurs et leur capacité de photocharge peuvent être déduites des propriétés compilées dans la base de données. Ces dépendances sont disponibles dans l’article en libre accès publié dans Matériaux énergétiques avancés.
À propos de la base de données
La revue résume et quantifie les données expérimentales recueillies au cours de 40 années de recherche. La concentration spécifique maximale d’électrons stockés dans 1 g d’un semi-conducteur, le nombre moyen maximal d’électrons stockés par particule semi-conductrice, le taux initial de photocharge et le taux initial de décharge sont calculés pour six classes de matériaux semi-conducteurs : Ti, Zn, Cd, In , nitrures de carbone à base de W et graphitiques.
La dépendance de ces paramètres sur la surface spécifique du matériau, le volume des particules et d’autres propriétés est analysée et des tendances sont dérivées.
Une base de données publique de matériaux photochargés a été créée pour faciliter la conception de matériaux hautement performants avec fonction de photocharge, leur application en tant que réducteurs rechargeables en synthèse organique et le développement de dispositifs.
Oleksandr Savateev, Photochargement de matériaux semi-conducteurs : base de données, analyse de données quantitatives et application à la synthèse organique, Matériaux énergétiques avancés (2022). DOI : 10.1002/aenm.202200352
Fourni par Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung