Les cellules solaires peuvent maintenant être rendues si minces, légers et flexibles qu'ils peuvent reposer sur une bulle de savon. Les nouvelles cellules, qui captent efficacement l'énergie de la lumière, pourrait offrir un moyen alternatif d'alimenter de nouveaux appareils électroniques, tels que les patchs cutanés médicaux, où les sources d'énergie conventionnelles ne conviennent pas.

"Les formidables développements de la peau électronique pour les robots, les capteurs pour engins volants et les biocapteurs pour détecter les maladies sont tous limités en termes de sources d'énergie, " dit Eloïse Bihar, un post-doc dans l'équipe de Derya Baran, qui a dirigé la recherche. « Plutôt que des batteries encombrantes ou un raccordement à un réseau électrique, nous avons pensé à utiliser léger, des cellules solaires organiques ultrafines pour récupérer l'énergie de la lumière, que ce soit à l'intérieur ou à l'extérieur."

Jusqu'à maintenant, les cellules solaires organiques ultrafines étaient généralement fabriquées par revêtement par centrifugation ou évaporation thermique, qui ne sont pas évolutifs et qui limitent la géométrie de l'appareil. Cette technique impliquait l'utilisation d'un matériau transparent et conducteur, mais fragile et inflexible, matériau appelé oxyde d'indium et d'étain (ITO) comme électrode. Pour surmonter ces limites, l'équipe a appliqué l'impression à jet d'encre. "Nous avons formulé des encres fonctionnelles pour chacune des couches de l'architecture des cellules solaires, " dit Daniel Corzo, un doctorat étudiant dans l'équipe de Baran.

Au lieu d'ITO, l'équipe a imprimé un transparent, souple, polymère conducteur appelé PEDOT:PSS, ou poly(3, 4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate. Les couches d'électrodes ont pris en sandwich un matériau photovoltaïque organique de capture de lumière. L'ensemble du dispositif pourrait être scellé dans du parylène, une souplesse, étanche, revêtement protecteur biocompatible.

Bien que l'impression à jet d'encre se prête très bien à une mise à l'échelle et à une fabrication à faible coût, développer les encres fonctionnelles était un défi, note Corzo. "L'impression à jet d'encre est une science à part entière, " dit-il. " Les forces intermoléculaires à l'intérieur de la cartouche et de l'encre doivent être surmontées pour éjecter des gouttelettes très fines de la très petite buse. Les solvants jouent également un rôle important une fois que l'encre est déposée car le comportement de séchage affecte la qualité du film."

Après avoir optimisé la composition de l'encre pour chaque couche de l'appareil, les cellules solaires ont été imprimées sur du verre pour tester leurs performances. Ils ont atteint un rendement de conversion de puissance (PCE) de 4,73%, battant le précédent record de 4,1% pour une cellule entièrement imprimée. Pour la première fois, l'équipe a également montré qu'elle pouvait imprimer une cellule sur un substrat flexible ultrafin, atteignant un PCE de 3,6%.

« Nos découvertes marquent un tremplin pour une nouvelle génération de polyvalents, des cellules solaires imprimées ultralégères pouvant être utilisées comme source d'énergie ou être intégrées dans des dispositifs médicaux à base de peau ou implantables, " dit Bihar.