Des chercheurs de l'Université de Kanazawa ont mené une enquête détaillée sur les mécanismes moléculaires par lesquels les cellules solaires organiques subissent des dommages lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil. Cette recherche a des implications importantes pour le développement de panneaux solaires de nouvelle génération qui combinent un rendement élevé, à bas prix, et de longues durées de vie des appareils.

L'énergie solaire représente un élément important des futures solutions d'énergie renouvelable. Historiquement, les panneaux solaires ont tendance à être inefficaces ou trop chers pour que la plupart des propriétaires envisagent de les installer. Une nouvelle classe de cellules solaires qui utilise des couches de polymères à base de carbone offre une efficacité allant jusqu'à 10 %, ce qui est considéré comme le minimum pour une utilisation pratique, à un prix abordable. Le principal obstacle restant à l'adoption généralisée de ces nouveaux photovoltaïques est la courte durée de vie de ces dispositifs, car les dommages cumulés du soleil ont tendance à éroder leurs performances. En raison de la nature multicouche des dispositifs, il est souvent difficile d'identifier les mécanismes moléculaires par lesquels cette dégradation d'efficacité se produit au cours du temps.

Maintenant, sur la base des résultats des courbes courant-tension, spectroscopie d'impédance, et spectrophotométrie UV-VIS, une équipe de recherche de l'Université de Kanazawa a déterminé un facteur important pouvant entraîner une baisse des performances. Semblable à la façon dont vos cellules cutanées à base de carbone peuvent attraper un méchant coup de soleil à cause de la lumière ultraviolette du soleil après une journée à la plage, les chercheurs ont découvert que les molécules organiques fragiles de la couche semi-conductrice peuvent être endommagées par l'exposition.

"Nous avons constaté que les dommages causés par la lumière UV augmentaient la résistance électrique de la couche semi-conductrice organique, ", explique le premier auteur Makoto Karakawa. Cela a entraîné une réduction du flux de courant et donc une diminution globale de l'efficacité. En utilisant une méthode connue sous le nom de temps de vol de désorption/ionisation laser assistée par matrice, les chercheurs ont déterminé les produits de dégradation probables des dommages solaires. Lorsque certains atomes de soufre dans les matériaux sont remplacés par des atomes d'oxygène de l'atmosphère, les molécules ne fonctionnent plus comme prévu.

« Alors que les nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques nous ont permis d'augmenter considérablement l'efficacité globale, nous avons constaté qu'ils ont tendance à être plus fragiles aux dommages causés par les UV, ", explique l'auteur principal Kohshin Takahashi. Sur la base de cette compréhension, il peut être possible de concevoir des appareils plus robustes qui conservent toujours leur taux de conversion d'énergie élevé, ce qui est une étape importante pour faire du solaire une part encore plus importante de la production d'énergie renouvelable.