Les cellules solaires en polymère non fullerène présentent des performances élevées et sont faciles à commercialiser. Crédit :UNIST
Les cellules solaires organiques (OSC) ont porté leur efficacité à plus de 10 % pour atteindre un niveau viable pour la commercialisation. Cependant, l'augmentation de l'épaisseur de la couche photoactive a entraîné des niveaux d'efficacité inférieurs, ce qui amène donc des processus de fabrication beaucoup plus complexes.
Une équipe de recherche, dirigé par le professeur Changduk Yang et son équipe de recherche à l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, a introduit une nouvelle méthode qui peut résoudre les problèmes liés à l'épaisseur des couches photoactives dans les OSC. Dans l'étude, les chercheurs ont réussi à obtenir une efficacité de 12,01 pour cent dans les cellules solaires organiques, en utilisant un accepteur de non-fullérance (IDIC) dans la couche photoactive. De plus, la nouvelle couche photoactive a conservé son efficacité initiale, même lorsque l'épaisseur maximale mesurée est de l'ordre de 300 nm. Cela aidera à accélérer le processus de conception, ainsi que la poursuite de la commercialisation des OSC.
"Les couches photoactives dans les OSC existantes sont plutôt fines (100 nm), et par conséquent il a été impossible de les manipuler via un processus d'impression sur grande surface, " explique le professeur Yang. " La nouvelle couche photoactive a conservé son efficacité initiale, même lorsque l'épaisseur maximale mesurée est de l'ordre de 300 nm."
Les cellules solaires conventionnelles sont des cellules solaires inorganiques constituées de semi-conducteurs en silicium (Si). Bien que ces cellules solaires soient très efficaces et stables, ils sont rigides et coûteux, donc difficile à produire. Par conséquent, dans les années récentes, Les cellules solaires organiques légères (OSC) et les cellules solaires à pérovskite ont attiré beaucoup d'attention en tant que candidats prometteurs pour les cellules solaires de nouvelle génération.
Crédit :Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan
Bien que les OSC présentent une stabilité et une reproductibilité élevées, le niveau d'efficacité des OSC n'est pas aussi élevé que celui des cellules solaires à pérovskite. Dans l'étude, Le professeur Yang a résolu les problèmes liés à l'épaisseur des couches photoactives dans les OSC, faisant ainsi un pas de plus vers la réalisation d'un processus d'impression sur grande surface.
Les couches photoactives utilisées dans les cellules solaires convertissent l'énergie solaire en énergie électrique. Lorsque ces couches sont exposées au soleil, les électrons excités s'échappent de l'atome et génèrent des électrons libres et des trous dans un semi-conducteur. Ici, l'énergie électrique est fournie par le mouvement des électrons et des trous. Le transfert d'électrons est appelé "canal I", tandis que le mouvement des trous se réfère à « Channel II ».
"Les cellules solaires à base de fullerène n'utilisent que le canal I en raison de l'absorption inefficace de la lumière dans les fines couches actives, " déclare Sang Myeon Lee dans le programme combiné MS/Ph.D. de la School of Energy and Chemical Engineering de l'UNIST, le premier auteur de l'étude. "Les nouvelles cellules solaires sont capables d'utiliser à la fois le canal I et le canal II, réalisant ainsi un niveau d'efficacité élevé de 12,01 pour cent."
"Cette étude met en évidence l'importance d'optimiser le compromis entre la séparation/le transport de charges et la taille du domaine pour obtenir des NF-PSC hautes performances, ", déclare le professeur Yang. "Nous contribuerons à la production et à la commercialisation de cellules solaires organiques à haut rendement à l'avenir."
"Notre étude présente une nouvelle voie pour la synthèse de matériaux photoactifs non fullerènes, ", déclare le professeur Yang. "Nous espérons contribuer davantage à la production et à la commercialisation de cellules OSC à haut rendement."
