Une couche de collecte de lumière à trois composants améliore les performances d'une cellule solaire organique.

L'ajout d'un ingrédient supplémentaire à la couche de capture de lumière d'une technologie émergente de cellules solaires peut considérablement améliorer tous les aspects de ses performances de récupération d'énergie, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

L'équipe développe une alternative à la technologie solaire au silicium appelée cellules solaires organiques, qui peuvent être formulées en encres pour une production à faible coût. Bien que les cellules solaires organiques ne correspondent pas encore tout à fait à l'efficacité de capture de la lumière des cellules au silicium, la conception à trois composants les rapproche considérablement.

Il y a eu des gains significatifs dans les performances des cellules solaires organiques en raison d'une refonte de leur formulation. Typiquement, les cellules sont constituées de deux molécules photocaptrices :l'une donneuse d'électrons et l'autre accepteur d'électrons, qui aident à séparer les charges électriques générées lorsque la lumière frappe le matériau. Les premières cellules solaires organiques utilisaient des molécules appelées fullerènes comme accepteurs d'électrons, mais ces matériaux avaient atteint un plateau de performance.

"L'émergence des accepteurs non fullerènes a ouvert un nouvel horizon, augmentant l'efficacité de conversion de puissance certifiée de 10,9 % à 15,6 % en seulement quatre ans, " dit Xin Song, un étudiant diplômé du groupe de recherche de Derya Baran au KAUST Solar Center.

Une innovation plus récente consiste à ajouter une petite quantité d'un troisième composant - soit un accepteur d'électrons supplémentaire, soit un donneur d'électrons supplémentaire - dans le mélange de récolte de lumière organique. Le troisième composant peut améliorer l'aptitude au traitement et produire une qualité supérieure, couche de récupération de lumière plus performante. Alternativement, il peut absorber l'énergie lumineuse à des longueurs d'onde complémentaires aux deux autres composants du mélange.

Maintenant, Barane, Song et ses collaborateurs ont identifié un troisième composant qui améliore simultanément les deux aspects des performances de l'appareil. L'équipe a incorporé un deuxième donneur d'électrons appelé BIT-4F-T dans un matériau solaire organique. Cette molécule a été sélectionnée pour plusieurs raisons, Song explique :son profond potentiel d'ionisation, qui profite aux propriétés électroniques de la cellule; son absorption de lumière complémentaire pour récolter plus de lumière; et sa haute cristallinité, ce qui améliore l'aptitude au traitement.

Ensemble, ces améliorations ont augmenté les performances de la cellule solaire de 15 % par rapport au mélange à deux composants, lui permettant d'atteindre un rendement global de conversion d'énergie solaire de 14 %. Les cellules contenant BIT-4F-T ont également conservé beaucoup plus de performances au fil du temps.

L'équipe prévoit ensuite d'étudier si le matériau à trois composants peut être produit à l'aide d'un technologie de revêtement à grande échelle tout en maintenant une stabilité supérieure de l'appareil, dit la chanson. Les chercheurs testeront également le matériau dans une cellule solaire en tandem, enduire le mélange organique ternaire sur un autre matériau solaire. "D'après notre simulation, la configuration en tandem poussera l'efficacité à plus de 17 %, " dit Song.