Un groupe international de scientifiques, dont certains de l'Université ITMO, a proposé une méthode qui permet d'augmenter considérablement l'efficacité des cellules solaires et des diodes électroluminescentes. Les scientifiques ont réussi à obtenir ce résultat en augmentant les couches auxiliaires des dispositifs responsables du transport des électrons plutôt qu'en travaillant avec la couche active principale. Le travail a été publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés .

La lutte pour la préservation de l'environnement et les fortes fluctuations des prix du pétrole et du gaz conduisent les investisseurs à se tourner de plus en plus vers les énergies renouvelables. C'est pourquoi les scientifiques de différents pays travaillent activement à rendre le processus de production d'énergie à partir de sources renouvelables aussi efficace que possible. Par exemple, des travaux sont actuellement en cours pour augmenter l'efficacité des cellules solaires, l'une des sources d'énergie verte les plus populaires au monde.

Typiquement, les scientifiques travaillent avec la couche active des cellules, qui est responsable de l'absorption de l'énergie lumineuse - ils sont fabriqués à partir de silicium, arséniure de gallium, pérovskite et autres matériaux. Mais l'efficacité, le coût et la durabilité d'une cellule solaire dépendent non seulement de la couche active mais aussi des couches auxiliaires. Augmenter leur efficacité tout en diminuant simultanément les coûts de production peut nous permettre de renforcer les avantages concurrentiels d'un appareil.

Les couches auxiliaires d'une cellule solaire peuvent être du type à transport d'électrons ou à transport de trous. Lorsque la lumière du soleil atteint la couche active, paires d'électrons et de trous d'électrons, en d'autres termes, une charge négative et une charge positive, s'y forment. Après ça, ils doivent être amenés à leurs électrodes correspondantes. Et c'est là qu'interviennent les couches auxiliaires :celle de transport d'électrons est chargée d'extraire et de transférer la charge négative de la couche active, tandis que la couche de transport de trous effectue les mêmes opérations avec la couche positive. Un groupe international de scientifiques, dont ceux de l'Université ITMO, a proposé une nouvelle méthode de création de couches auxiliaires pour cellules solaires et diodes électroluminescentes à base de pérovskite. Ils ont utilisé des points de carbone, un matériau respectueux de l'environnement et relativement bon marché qui peut être facilement obtenu à la fois en laboratoire et dans des conditions industrielles.

"Les points de carbone sont des nanoparticules à base de carbone d'un diamètre de deux à dix nanomètres, " explique Alexandre Litvine, associé de recherche principal à l'Université ITMO et co-auteur de la recherche. « Leur surface contient toujours divers groupes fonctionnels qui déterminent en grande partie les propriétés de ce matériau. L'application de points de carbone dans les batteries solaires n'est pas quelque chose de nouveau, ce qui est important, c'est la modification de leur surface en travaillant avec les groupes fonctionnels. Un rapport différent de ces groupes sur la surface détermine la configuration électronique des points de carbone. Par conséquent, Cette adaptation nous permet d'obtenir les valeurs optimales des fonctions de travail des électrodes et les niveaux d'énergie des couches de transport sur lesquelles elles sont appliquées. Cela permet d'obtenir une configuration optimale avec une efficacité maximale. Cette approche est universelle pour différents types d'appareils, qui pour la première fois a permis l'utilisation de points de carbone pour augmenter l'efficacité opérationnelle des diodes électroluminescentes."

Obtenu de cette manière, le matériau peut être utilisé non seulement pour les cellules solaires mais aussi pour les couches auxiliaires de diodes électroluminescentes. Ces derniers ont une structure globalement similaire, mais le processus y est inversé :les électrons et les trous n'ont pas à être retirés de la couche active mais, au lieu, y est injecté pour créer des paires électron-trou dont la recombinaison dans la couche active assurera la luminescence. Dans les deux cas, les collègues internationaux des scientifiques de l'Université ITMO ont obtenu une augmentation significative de l'efficacité des dispositifs créés grâce à l'utilisation de couches auxiliaires fabriquées à partir des points de carbone.

"Des appareils ont été créés, et leurs propriétés ont été testées, " conclut Aleksandr Litvin. " Dans le cas des cellules solaires à base de pérovskite, nous avons réussi à obtenir une augmentation de l'efficacité de 17,3 % à 19,5 %, C'est, de près de 13 %. Dans le cas des diodes électroluminescentes, selon le matériau de la couche d'émission, l'efficacité quantique externe (le rapport du nombre de photons émis par une LED au nombre d'électrons injectés dans celle-ci) a augmenté de 2,1 à 2,7 fois."