Les cellules solaires ont un grand potentiel en tant que source d'énergie électrique propre, mais jusqu'à présent, ils n'ont pas été bon marché, léger, et suffisamment flexible pour une utilisation généralisée. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Tandon André D. Taylor du département de génie chimique et biomoléculaire a trouvé un moyen innovant et prometteur d'améliorer les cellules solaires et de rendre leur utilisation plus probable dans de nombreuses applications.

La plupart des cellules solaires organiques utilisent des fullerènes, molécules sphériques de carbone. Le problème, explique Taylor, est que les fullerènes sont chers et n'absorbent pas assez de lumière. Au cours des 10 dernières années, il a fait des progrès significatifs dans l'amélioration des cellules solaires organiques, et il s'est récemment concentré sur l'utilisation de non-fullerènes, qui jusqu'à présent ont été inefficaces. Cependant, il dit, « les non-fullerènes s'améliorent suffisamment pour que les fullerènes en aient pour leur argent ».

Considérez une cellule solaire comme un sandwich, dit Taylor. La "viande" ou couche active - constituée de donneurs et d'accepteurs d'électrons - est au milieu, absorber la lumière solaire et la transformer en électricité (électrons et trous), tandis que le "pain, " ou des couches extérieures, sont constitués d'électrodes qui transportent cette électricité. L'objectif de son équipe était que la cellule absorbe la lumière sur un spectre aussi large que possible en utilisant une variété de matériaux, tout en permettant à ces matériaux de bien fonctionner ensemble. "Mon groupe travaille sur des éléments clés du 'sandwich', ' tels que les couches de transport d'électrons et de trous du 'pain, ' tandis que d'autres groupes peuvent travailler uniquement sur la 'viande' ou les matériaux intercalaires. La question est :comment les faire jouer ensemble ? Le bon mélange de ces matériaux disparates est extrêmement difficile à réaliser."

L'utilisation d'une molécule de squaraine d'une nouvelle manière, en tant qu'agent cristallisant, a fait l'affaire. "Nous avons ajouté une petite molécule qui fonctionne comme un donneur d'électrons par elle-même et améliore l'absorption de la couche active, " explique Taylor. " En ajoutant cette petite molécule, il facilite l'orientation du polymère donneur-accepteur (appelé PBDB-T) avec l'accepteur non fullerène, ITIC, dans un arrangement favorable."

Cette architecture solaire utilise également un autre mécanisme de conception mis au point par le groupe Taylor, connu sous le nom de cellule solaire à base de FRET. FRETTE, ou transfert d'énergie de résonance de Förster, est un mécanisme de transfert d'énergie observé pour la première fois dans la photosynthèse, par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil. En utilisant un nouveau mélange de polymère et de non-fullerène avec de la squaraine, l'équipe a converti plus de 10 pour cent de l'énergie solaire en électricité. Il y a quelques années à peine, cet objectif était considéré comme un objectif trop ambitieux pour les cellules solaires en polymère à simple jonction. « Il existe maintenant de nouveaux systèmes polymères non fullerènes qui peuvent fonctionner au-dessus de 13 %, nous considérons donc notre contribution comme une stratégie viable pour améliorer ces systèmes, " dit Taylor.

Les cellules solaires organiques développées par son équipe sont flexibles et pourraient un jour être utilisées dans des applications supportant les véhicules électriques, électronique portable, ou des sacs à dos pour recharger les téléphones portables. Finalement, ils pourraient contribuer de manière significative à l'approvisionnement en énergie électrique. "Nous nous attendons à ce que cette méthode d'agent de cristallisation attire l'attention des chimistes et des scientifiques des matériaux affiliés à l'électronique organique, " dit Yifan Zheng, Ancien étudiant de recherche de Taylor et auteur principal de l'article sur le travail dans la revue Matériaux aujourd'hui .

Prochain pour l'équipe de recherche? Ils travaillent sur un type de cellule solaire appelé pérovskite et continuent d'améliorer les cellules solaires organiques non fullerènes.