David Moe Almenningen montre le pigment qui peut améliorer les performances des cellules solaires. Crédit :Vilde Bråten
Alors que la lumière du soleil filtre à travers un couvert forestier, la chlorophylle est à pied d'œuvre pour capter l'énergie des photons. Inspiré par la nature, les chercheurs de NTNU travaillent sur des colorants captant la lumière pour les cellules solaires afin de produire de l'électricité.
Ce ne sont pas le genre de cellules solaires que vous verrez sur le toit d'un bâtiment. Dans ces cellules solaires au silicium, la lumière frappe l'une des deux couches semi-conductrices et libère des électrons pour sauter entre les couches. C'est le mouvement de ces électrons qui crée un courant électrique. Une cellule solaire à colorant (DSSC) fonctionne de manière similaire, mais l'une des couches semi-conductrices est remplacée par un colorant photosensible qui absorbe la lumière et libère des électrons à la place.
Les cellules solaires à colorant ont tendance à ne pas être aussi efficaces pour convertir la lumière en électricité que leurs homologues au silicium. Mais ils fonctionnent dans des conditions de faible luminosité, et peut être transparent et flexible, sont donc mieux adaptés à certaines applications. Pour profiter pleinement des DSSC, un projet de recherche financé en partie par le Research Council of Norway (RCN) cherche des moyens d'accroître leur efficacité.
Dans un article publié dans la revue Dyes and Pigments, Doctorat NTNU le candidat David Moe Almenningen et ses collègues, Odd Reidar Gautun, Bård Helge Hoff et Svein Sunde ont montré que l'ajout d'une molécule particulière aux colorants peut augmenter ses propriétés de récolte de lumière, bien que jusqu'à présent, la lumière supplémentaire ait un coût.
Pour récolter la lumière, un colorant doit agir comme un donneur d'électrons et un accepteur d'électrons.
"Quand cette molécule est frappée par un rayon de soleil, puis l'électron passe de la partie riche en électrons à la partie pauvre en électrons, " dit Almenningen.
David Moe Almenningen montre le pigment qui peut améliorer les performances des cellules solaires. Crédit :Vilde Bråten
En ajoutant quelque chose entre le donneur et l'accepteur, les chimistes sont capables d'augmenter la quantité de lumière que les cellules récoltent.
Les recherches d'Almenningen portent sur l'ajout de composés contenant des thiophènes, une molécule similaire au benzène mais contenant du soufre. Les thiophènes sont riches en électrons, donc on s'attendrait à ce qu'il augmente les propriétés de récolte de lumière du colorant, il dit. Et des expériences récentes montrent que oui :le colorant avec le plus de thiophènes était celui qui a récolté le plus de lumière.
Pas une amélioration—pour l'instant
Cependant, il s'avère qu'augmenter la quantité de lumière captée par un colorant ne signifie pas automatiquement de meilleures cellules solaires. En termes simples :vous pourriez obtenir plus d'électrons, mais ils ne vont pas nécessairement où vous voulez qu'ils aillent.
Dans ses expériences, Almenningen a découvert que bien qu'il absorbe le plus de lumière, le colorant avec le plus de thiophènes a en fait fait la cellule solaire la moins efficace.
"Vous pensez que vous faites quelque chose de brillant en augmentant la capacité de récolte de lumière, mais alors il y a d'autres réactions en cours dans la cellule solaire qui sont affectées négativement par ces modifications, " il dit.
Des cellules solaires transparentes pourraient être utilisées dans le cadre de la fenêtre ou de la façade d'un bâtiment. Crédit :David Moe Almenningen/NTNU
Offre des avantages potentiels
Lui et ses collègues espèrent trouver un moyen d'éviter ces effets contre-productifs et de profiter de la collection de lumière améliorée. Leur prochaine étape consiste à essayer de modifier chimiquement le colorant afin que les électrons ne puissent aller que dans une seule direction. Si cela réussit, cela pourrait conduire à des cellules solaires plus efficaces.
Trouver un moyen d'augmenter l'efficacité des DSSC est l'un des obstacles à une utilisation généralisée. L'efficacité la plus élevée actuelle est d'environ 12%, contre plus de 20 % pour une cellule solaire commerciale traditionnelle au silicium.
Si les chercheurs parviennent à exploiter plus efficacement la lumière captée par les colorants de ces cellules solaires, Les DSSC offriraient potentiellement un avantage par rapport aux cellules solaires cristallines traditionnelles en ce qui concerne la mise à l'échelle :ils sont peu coûteux à fabriquer, car ils n'ont pas besoin d'une salle blanche ou d'une technologie d'aspiration.
Une voie prometteuse pour les DSSC serait de les intégrer dans les bâtiments pour capter la lumière plus faible que l'on trouve généralement à l'intérieur.
"C'est là que brillent ces cellules solaires, " dit Almenningen. " De plus, ils ont l'air assez jolis. Vous pouvez personnaliser n'importe quelle couleur que vous voulez, ils peuvent être transparents."
Pour Almenningen, bien que, la récompense est de découvrir comment le changement de la structure chimique affecte les performances du colorant :« La chimie en elle-même est ce qui est fascinant.
