Bande solaire OPV. Crédit :Cui et al.
Cellules photovoltaïques organiques (OPV), une technologie de cellules solaires de troisième génération capable de convertir l'énergie solaire en électricité, se sont avérées plus efficaces que les cellules au silicium sous un éclairage LED intérieur à faible intensité lumineuse. Ces cellules ont également montré un grand potentiel pour alimenter une faible consommation, électronique hors réseau dans les environnements intérieurs.
Malgré leur énorme potentiel, le rendement de conversion de puissance des cellules OPV est actuellement limité par des pertes importantes de leur tension en circuit ouvert. En outre, des études antérieures suggèrent que lorsqu'il est utilisé pour l'éclairage intérieur, leur spectre d'absorption est loin d'être optimal.
Dans une quête pour surmonter ces limitations, une équipe de chercheurs de l'Académie chinoise des sciences en Chine et de l'Université de Linköping en Suède a récemment conçu un accepteur non-fullerène qui pourrait permettre aux cellules photovoltaïques organiques de haute performance d'être utilisées en intérieur. Ce nouvel accepteur, présenté dans un article publié dans Énergie naturelle , peut être mélangé avec un donneur polymère pour obtenir une couche photoactive avec un spectre d'absorption qui correspond à celui des sources lumineuses intérieures.
La couche active qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique dans les cellules solaires organiques, tels que les VPO, est constitué d'un mélange fin de deux molécules, que l'on appelle le donneur et l'accepteur. Ces molécules peuvent essentiellement être réglées pour absorber des types de lumière avec différentes longueurs d'onde.
"Dans ce travail, nous présentons une combinaison donneur/accepteur réglée pour absorber la lumière visible, " Jonas Bergqvist, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Le donneur et l'accepteur sont réglés pour fournir également une haute tension de 1,24 V sous un éclairage solaire."
Bergqvist et ses collègues ont combiné l'accepteur qu'ils ont développé, surnommé IO-4Cl, avec un donneur polymère connu sous le nom de PBDB-TF. En combinant ces deux molécules, ils ont atteint une couche photoactive avec un spectre d'absorption aligné avec celui des sources lumineuses intérieures, ce qui le rend idéal pour les applications intérieures.
"De nombreux accepteurs hautes performances pour le photovoltaïque organique ont une faible bande interdite avec un début d'absorption d'environ 800 nm, " dit Bergqvist. " Dans ce travail, nous avons modifié l'accepteur ITIC pour augmenter la bande interdite et ainsi adapter l'absorption du matériau au spectre d'éclairage intérieur (correspondant à la lumière visible 400-700 nm)."
La large bande interdite observée dans le matériau conçu par les chercheurs se traduit par une tension plus élevée, permettant de meilleures performances énergétiques dans les environnements intérieurs. Les chercheurs ont évalué les performances de leur accepteur dans des situations où le seul éclairage était une lumière LED de faible intensité, simuler des conditions typiques dans une variété d'espaces intérieurs, y compris les pièces à vivre, bibliothèques et centres commerciaux.
Dans ces épreuves, l'accepteur qu'ils ont développé a permis une efficacité de conversion de puissance allant jusqu'à 26,1 pour cent, en utilisant un 1 cm 2 dispositif. Lorsque Bergqvist et ses collègues ont testé plus grand (c'est-à-dire 4 cm 2 ) appareils alimentés par leur accepteur, ils ont atteint une efficacité de conversion de puissance remarquable de 23,9%.
« La numérisation de notre société s'accélère et l'Internet des objets et les appareils intelligents sont un marché en forte croissance, " a déclaré Bergqvist. " Beaucoup de ces appareils consomment de faibles quantités d'énergie et des dispositifs efficaces de récupération d'énergie lumineuse peuvent aider à les alimenter. Les OPV hautes performances combinés à l'impression et à la production de rouleaux de revêtement montrent un grand potentiel pour alimenter les objets intelligents connectés. »
Le grand écart, L'accepteur non fullerène développé par Bergqvist et ses collègues pourrait enfin permettre de meilleures performances dans les cellules photovoltaïques organiques dans les environnements intérieurs. Cela pourrait avoir des implications importantes pour le développement d'une technologie de cellules solaires plus avancée, qui ne se limite pas aux applications extérieures.
"Nous pouvons facilement régler le spectre d'absorption de ces matériaux organiques, afin que nous puissions maximiser l'efficacité de la conversion de la lumière intérieure, " Feng Gao, un autre chercheur impliqué dans l'étude, a déclaré TechXplore. "Ce n'est pas possible pour les cellules solaires au silicium commerciales. Pour cette raison, Je crois vraiment que les cellules solaires organiques constituent un candidat unique et prometteur pour les applications intérieures telles que l'alimentation de l'Internet des objets. »
Dans les années à venir, le nouvel accepteur de cellules OPV développé par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisé pour créer des dispositifs plus économes en énergie. Dans leurs futurs travaux, Bergqvist, Gao et leurs collègues prévoient de continuer à développer l'accepteur avec Jianhou Hou de l'Académie chinoise des sciences, rechercher de nouvelles façons d'améliorer ses performances.
Par exemple, l'augmentation du photocourant pourrait conduire à une augmentation supplémentaire de l'efficacité de conversion de puissance. Les calculs effectués par les chercheurs suggèrent qu'il pourrait théoriquement être possible de pousser son efficacité de conversion de puissance au-dessus de 40 %.
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