Dans une avance qui rend plus flexible, type peu coûteux de cellule solaire commercialement viable, Des chercheurs de l'Université du Michigan ont démontré que les cellules solaires organiques peuvent atteindre une efficacité de 15 %.

Ce niveau d'efficacité est de l'ordre de nombreux panneaux solaires, ou photovoltaïque, actuellement sur le marché.

« Le photovoltaïque organique peut potentiellement réduire considérablement le coût total du système d'énergie solaire, faire du solaire une source d'énergie propre vraiment omniprésente, " a déclaré Stephen Forrest, le Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering et Paul G. Goebel Professor of Engineering, qui a dirigé les travaux.

Avec une efficacité de 15 % et une durée de vie de 20 ans, les chercheurs estiment que les cellules solaires organiques pourraient produire de l'électricité à un coût inférieur à 7 cents le kilowattheure. En comparaison, le coût moyen de l'électricité aux États-Unis était de 10,5 cents le kilowattheure en 2017, selon l'Energy Information Administration des États-Unis.

Les cellules solaires organiques incorporent du carbone dans leur construction pour offrir plusieurs avantages par rapport aux cellules "inorganiques" conventionnelles. Les panneaux solaires inorganiques à base de silicium sont coûteux à fabriquer - composés d'épais, feuilles rigides qui nécessitent des points d'installation fixes.

Mais les cellules solaires organiques à base de carbone pourraient être fabriquées à moindre coût en rouleaux suffisamment minces pour se plier et se courber autour des structures ou à l'intérieur des vêtements, et fait n'importe quelle couleur, même transparent, se fondre dans leur environnement.

Malgré ces avantages, les cellules solaires organiques n'ont pas l'efficacité requise pour concurrencer les sources d'énergie conventionnelles.

« Depuis quelques années, le rendement du photovoltaïque organique est resté bloqué autour de 11 à 12 pour cent, " a déclaré Xiaozhou Che, doctorant dans le programme de physique appliquée et premier auteur d'une nouvelle étude publiée dans Énergie naturelle .

Pour les sortir de cette ornière, les chercheurs ont combiné plusieurs avancées dans la conception et le processus.

D'abord, ils ont conçu un système qui combine des couches spécialisées pour absorber à la fois la lumière visible et infrarouge. Essentiellement, ils ont empilé deux cellules solaires organiques, l'une capable d'absorber la lumière du spectre visible à partir de 350 nanomètres de longueur d'onde, et un autre capable d'absorber la lumière proche infrarouge jusqu'à 950 nanomètres de longueur d'onde.

"Par eux-mêmes, les cellules atteignent une efficacité de 10 à 11 pour cent, " dit Che. "Quand on les empile ensemble, nous augmentons l'absorption de la lumière et l'efficacité s'améliore à 15 pour cent avec un revêtement antireflet."

L'empilement des cellules a nécessité une percée dans le processus. L'équipe a développé des couches d'interconnexion qui empêchent d'endommager la première cellule, tout en laissant passer la lumière et les charges électriques.

"C'est considéré comme un processus difficile car il y a une chance que le liquide utilisé dans le traitement de la cellule supérieure dissolve les couches déjà déposées en dessous, " dit le Ché.

Finalement, l'équipe a démontré que leur nouveau design, les matériaux et le processus ont un rendement de fabrication élevé de plus de 95 pour cent. Cela signifie que les chercheurs ont réussi à créer presque tous les appareils sans court-circuit, et est important pour étendre la fabrication à un niveau industriel.

Malgré l'établissement d'un record d'efficacité, l'équipe pense pouvoir pousser encore plus loin ses progrès.

"Nous pouvons améliorer l'absorption de la lumière pour augmenter le courant électrique, et minimiser la perte d'énergie pour augmenter la tension, " dit le Che. " Sur la base de calculs, une efficacité de 18% est attendue dans un avenir proche pour ce type de dispositif multijonction."

L'étude, « Photovoltaïque en tandem organique à haut rendement de fabrication combinant des sous-cellules traitées sous vide et en solution avec une efficacité de 15 %, " est publié dans Énergie naturelle le 23 avril, 2018.