Les cellules solaires qui utilisent des mélanges de molécules organiques pour absorber la lumière du soleil et la convertir en électricité, qui peut être appliqué sur des surfaces courbes telles que la carrosserie d'une voiture, pourrait être un pas de plus grâce à une découverte qui remet en question la pensée conventionnelle sur l'un des composants clés de ces appareils.

Une cellule solaire organique de base est constituée d'un film mince de semi-conducteurs organiques pris en sandwich entre deux électrodes qui extraient les charges générées dans la couche semi-conductrice organique vers le circuit externe. Il a longtemps été supposé que 100 % de la surface de chaque électrode devait être électriquement conductrice pour maximiser l'efficacité de l'extraction des charges.

Des scientifiques de l'Université de Warwick ont ​​découvert que les électrodes des cellules solaires organiques n'ont en réalité besoin que de 1% de leur surface pour être électriquement conductrices pour être pleinement efficaces. ce qui ouvre la porte à l'utilisation d'une gamme de matériaux composites à l'interface entre les électrodes et les couches semi-conductrices organiques de récolte de lumière pour améliorer les performances du dispositif et réduire les coûts. La découverte, publié aujourd'hui (11 septembre), est signalé dans Matériaux fonctionnels avancés .

Le responsable académique, Dr Ross Hatton du Département de chimie de l'Université, a déclaré:"Il est largement admis que si vous voulez optimiser les performances des cellules solaires organiques, vous devez maximiser la surface de l'interface entre les électrodes et les semi-conducteurs organiques. Nous avons demandé si c'était vraiment vrai."

Les chercheurs ont développé une électrode modèle dont ils pourraient systématiquement changer la surface de, et a constaté que lorsque jusqu'à 99 % de sa surface était électriquement isolante, l'électrode fonctionne toujours aussi bien que si 100 % de la surface était conductrice, à condition que les régions conductrices ne soient pas trop éloignées.

Les cellules solaires organiques hautes performances ont des couches transparentes supplémentaires aux interfaces entre les électrodes et la couche semi-conductrice organique de récolte de lumière qui sont essentielles pour optimiser la répartition de la lumière dans le dispositif et améliorer sa stabilité, mais doit également être capable de conduire des charges vers les électrodes. Il s'agit d'un défi de taille et peu de matériaux répondent à toutes ces exigences.

Dr Dinesha Dabera, le chercheur post-doctorant sur ce projet financé par Leverhulme Trust, explique : « Cette nouvelle découverte signifie des composites d'isolants et de nanoparticules conductrices telles que les nanotubes de carbone, fragments de graphène ou nanoparticules métalliques, pourrait avoir un grand potentiel à cet effet, offrant des performances de périphérique améliorées ou un coût inférieur.

"Les cellules solaires organiques sont sur le point d'être commercialisées mais elles n'y sont pas encore tout à fait, donc tout ce qui vous permet de réduire davantage les coûts tout en améliorant les performances va aider à permettre cela. »

Dr Hatton, qui sera interviewé par Serena Bashal de la UK Youth Climate Coalition au British Science Festival cette semaine, explique :« Ce que nous avons fait, c'est démontrer une règle de conception pour ce type de cellule solaire, ce qui ouvre beaucoup plus de possibilités pour le choix des matériaux dans le dispositif et pourrait ainsi aider à permettre leur réalisation commerciale.''

Les cellules solaires organiques sont potentiellement très écologiques, car ils ne contiennent aucun élément toxique et peuvent être traités à basse température par dépôt roll-to-roll, peut donc avoir une empreinte carbone extrêmement faible et un temps de récupération énergétique court.

Le Dr Hatton explique :« Il existe un besoin croissant de cellules solaires pouvant être supportées sur des substrats flexibles, légers et dont la couleur est réglable. Les cellules solaires au silicium conventionnelles sont fantastiques pour la production d'électricité à grande échelle dans les fermes solaires et sur les toits des bâtiments. , mais ils sont mal adaptés aux besoins des véhicules électriques et pour une intégration dans les vitres des bâtiments, qui ne sont plus des applications de niche. Les cellules solaires organiques peuvent s'asseoir sur des surfaces courbes, et sont très légers et discrets.

"Cette découverte peut aider à permettre à ces nouveaux types de cellules solaires flexibles de devenir une réalité commerciale plus tôt, car elle donnera aux concepteurs de cette classe de cellules solaires plus de choix dans les matériaux qu'ils peuvent utiliser."