Les cellules solaires organiques sont faites de matériaux bon marché et abondants, mais leur efficacité et leur stabilité sont toujours inférieures à celles des cellules solaires à base de silicium. Une équipe sino-allemande de scientifiques a trouvé un moyen d'améliorer la conductivité électrique des cellules solaires organiques, ce qui augmente leurs performances. Dopage de l'intercalaire d'oxyde métallique, qui reliait l'électrode et la couche active, avec un colorant organique modifié boosté à la fois l'efficacité et la stabilité, l'étude publiée dans la revue Angewandte Chemie révélé.

Les cellules solaires organiques convertissent la lumière en courant électrique. Le cœur des cellules est la couche organique active constituée de molécules organiques spécialement conçues. Ici, électrons et trous, les contreparties positives des électrons, sont générés par la lumière et se déplacent vers les électrodes pour former le courant électrique. Un problème récurrent dans la conception des cellules solaires organiques est la correspondance des types de matériaux. Les électrodes sont constituées de matériaux inorganiques, mais la couche active est organique. Pour joindre les deux matériaux, des couches intermédiaires d'oxyde métallique sont introduites dans de nombreux types de cellules organiques. Mais dans la plupart des conceptions, les conductivités résultantes ne sont pas optimales.

Frank Würthner à l'Université de Wurtzbourg, Allemagne, et Zengqi Xie à l'Université de technologie de Chine du Sud (SCUT), Canton, Chine, a étudié l'idée de rendre une couche intermédiaire d'oxyde de zinc légèrement plus organique et photoconductrice pour réduire la résistance de contact lorsqu'elle est irradiée avec la lumière du soleil. Les scientifiques ont préparé un colorant organique de manière à former des complexes stables avec les ions zinc présents dans la couche d'oxyde de zinc. Sous le soleil, ce colorant modifié appelé hydroxy-PBI injecterait alors des électrons dans l'intercalaire d'oxyde de zinc, ce qui augmenterait sa conductivité.

Les scientifiques ont ensuite assemblé la cellule solaire organique, qui consistait en une électrode en verre d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), la couche d'oxyde de zinc dopée avec le colorant hydroxy-PBI, la couche active constituée d'un polymère comme donneur d'électrons et d'une molécule organique comme accepteur, une autre couche intermédiaire d'oxyde métallique, et une électrode en aluminium comme électrode positive. Cette architecture, qui s'appelle une cellule d'hétérojonction massive inversée, est celui d'une cellule solaire organique à la pointe de la technologie, qui atteint une efficacité de conversion de puissance maximale de 15 pour cent.

Le dopage intercalaire a été bénéfique à plusieurs égards. Selon le colorant - les scientifiques ont vérifié les performances de plusieurs colorants avec des structures légèrement différentes - des rendements de conversion de près de 16 pour cent ont été atteints. Et l'intercalaire d'oxyde de zinc dopé par colorant semble également être plus stable qu'une couche sans dopage. Les auteurs ont dit qu'il était important que le colorant PBI soit modifié en sa forme hydroxy-PBI, ce qui a donné lieu à des complexes serrés avec les ions zinc. Ce n'est qu'alors qu'une structure hybride inorganique-organique pourrait évoluer pour former un bon contact avec les matériaux actifs.