Autoroute électronique : c’est ainsi que les cellules solaires organiques devraient devenir plus efficaces

Le silicium est de loin le matériau le plus important pour les cellules solaires. Mais les molécules organiques sont également bien adaptées pour convertir la lumière du soleil en électricité utilisable via l’effet photovoltaïque. Contrairement au silicium, ces matériaux organiques photoactifs permettent de produire des cellules solaires flexibles et imprimées à moindre coût qui peuvent être placées sur une grande variété de surfaces courbes.

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Le silicium a jusqu’à présent été plus efficace

Rien que ça Efficacité cellules solaires organiques – gardez le record actuel 19,2 pour cent Des chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai sont à la traîne 26 pour cent actuellement les cellules au silicium les plus efficaces. Cet écart pourrait se réduire grâce à un transport optimisé des porteurs de charge dans une cellule solaire. Les bases étaient désormais posées l’équipe dirigée par Frank Ortmann de l’Université technique de Munich.

Les chercheurs munichois ont utilisé des expériences et des modèles théoriques pour étudier les processus de transport élémentaires des cellules solaires organiques. Ils se sont concentrés sur les paires électron-trou créées dans les cellules solaires par la lumière solaire entrante. Pour ces soi-disant excitons, Ortmann et ses collègues ont pu créer des autoroutes d’excitons à partir de colorants organiques, sur lesquelles les porteurs de charge atteignent plus rapidement qu’auparavant une interface pour la production d’électricité. «Plus le transport est rapide et ciblé, meilleur est le rendement énergétique – et donc l’efficacité de la cellule solaire», explique Ortmann. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Revue « Communications Nature ».

Pas cher chez l’imprimeur

Ces itinéraires de transport optimisés ont été rendus possibles grâce à des colorants spéciaux appelés mérocyanines quinoïdes. Des analyses spectroscopiques et des calculs sur modèles ont montré que ces molécules avaient une structure moléculaire avantageuse et absorbaient également très bien la lumière du soleil. Pour mesurer ces propriétés, les colorants offraient une bande interdite de 1,33 électron-volt. Cela signifie qu’ils surpassent de loin les semi-conducteurs organiques utilisés jusqu’à présent. Sur cette base, il est désormais possible d’optimiser le transport ciblé des excitons dans les solides organiques.

Dans d’autres étapes, des cellules solaires organiques ou des diodes électroluminescentes organiques plus puissantes pourraient désormais être développées en utilisant les mérocyanines quinoïdes. Il n’est pas encore possible de dire si les prochains prototypes atteindront réellement des rendements supérieurs à 20 pour cent. Cependant, les colorants organiques ne sont pas les seuls à rendre possibles des cellules solaires flexibles et imprimables à moindre coût. Les pérovskites conviennent également en principe. Et ces cellules solaires à pérovskite pure y parviennent à l’échelle du laboratoire avec un Valeur record d’actuellement 26,1 pour cent une efficacité déjà plus élevée.

(jl)