Feng Gao, professeur agrégé à l'Université de Linköping, Suède. Crédit :Göran Billeson
Cellules solaires organiques, fabriqués à partir de matériaux à base de carbone, présentent des avantages uniques par rapport aux autres technologies de cellules solaires. Par exemple, ils peuvent être fabriqués grâce à des technologies d'impression à faible coût, et ils peuvent être rendus semi-transparents avec des couleurs sélectionnables, qui peut être utilisé architecturalement dans l'intégration du bâtiment. Leur flexibilité et leur faible poids les rendent parfaits pour alimenter les capteurs des applications Internet des objets.
Un défi majeur auquel est confronté le développement des cellules solaires organiques est qu'elles ont généralement des pertes d'énergie importantes. Maintenant, 25 chercheurs de sept instituts de recherche ont élaboré des règles de conception de cellules solaires organiques à haut rendement. La recherche est dirigée par Feng Gao, professeur agrégé à l'Université de Linkoping, Suède.
"Nous avons formulé des règles de conception rationnelles pour minimiser les pertes d'énergie dans les cellules solaires organiques. En suivant ces règles, nous présentons une gamme d'exemples avec de faibles pertes d'énergie et des rendements de conversion de puissance élevés, " dit Feng Gao, professeur agrégé à la Division d'électronique biomoléculaire et organique de l'Université de Linkoping.
Les règles de conception, qui remettent en cause certaines idées reçues, ont été publiés dans un article de la prestigieuse revue Matériaux naturels .
En utilisant ces règles de conception, les cellules solaires organiques promettent de rattraper leurs concurrents en termes d'efficacité de conversion d'énergie, qui mesure la fraction de l'énergie du rayonnement solaire qui est convertie en électricité. La limite théorique de la fraction de l'énergie solaire qui peut être obtenue dans les cellules solaires est d'environ 33 %. Des expériences en laboratoire avec des cellules solaires à base de silicium ont atteint au mieux 25 pour cent. Les chercheurs pensaient jusqu'à présent que la limite pour les cellules solaires organiques était plus basse.
"Mais nous savons maintenant qu'il n'y a pas de différence, la limite théorique est la même pour les cellules solaires fabriquées à partir de silicium, pérovskites ou polymères, " dit Olle Inganas, professeur d'électronique biomoléculaire et organique, Université de Linköping.
Lorsque les photons du soleil sont absorbés par le polymère semi-conducteur d'une cellule solaire, les électrons du matériau donneur sont élevés à un état excité, et des trous sont formés dans l'état fondamental vers lequel les électrons restent attirés. Afin de séparer ces électrons et trous liés, un matériau accepteur est ajouté. Cependant, ce matériau accepteur entraîne généralement des pertes d'énergie supplémentaires, un problème qui préoccupe la communauté des cellules solaires organiques depuis plus de deux décennies.
L'article dans Matériaux naturels présente deux règles fondamentales pour minimiser les pertes d'énergie pour les cellules solaires organiques à haut rendement :
Les chercheurs des sept instituts de recherche aux États-Unis, La Chine et l'Europe ont produit ensemble une dizaine de matériaux, dont certains ont été signalés précédemment et d'autres qui sont complètement nouveaux. Ils les ont utilisés pour démontrer que la nouvelle théorie est en accord avec les résultats expérimentaux, même si c'est quelque peu incompatible avec ce que l'on croyait auparavant.
