Les physiciens de l'Université de Paderborn ont utilisé des simulations informatiques complexes pour développer une nouvelle conception de cellules solaires nettement plus efficaces que celles disponibles auparavant. Une fine couche de matière organique, appelée tétracène, est responsable de l’augmentation de l’efficacité. Les résultats ont maintenant été publiés dans Physical Review Letters.
"L'énergie annuelle du rayonnement solaire sur Terre s'élève à plus de mille milliards de kilowattheures et dépasse ainsi de plus de 5 000 fois la demande énergétique mondiale. Le photovoltaïque, c'est-à-dire la production d'électricité à partir de la lumière du soleil, offre donc un potentiel important et encore largement inexploité pour l'approvisionnement en énergie propre et renouvelable. Les cellules solaires au silicium utilisées à cette fin dominent actuellement le marché, mais ont des limites d'efficacité", explique le professeur Wolf Gero Schmidt, physicien et doyen de la faculté des sciences naturelles de l'université de Paderborn. L'une des raisons à cela est qu'une partie de l'énergie provenant du rayonnement à ondes courtes n'est pas convertie en électricité, mais en chaleur indésirable.
Schmidt explique :« Afin d'augmenter l'efficacité, la cellule solaire en silicium peut être dotée d'une couche organique, par exemple constituée de tétracène semi-conducteur. La lumière à ondes courtes est absorbée dans cette couche et convertie en excitations électroniques à haute énergie. -appelés excitons. Ces excitons se désintègrent dans le tétracène en deux excitations de faible énergie. Si ces excitations peuvent être transférées avec succès à la cellule solaire en silicium, elles peuvent être efficacement converties en électricité et augmenter le rendement global de l'énergie utilisable."
Percée décisive pour un transfert d'énergie rapide
Le transfert d'excitation du tétracène dans le silicium est étudié par l'équipe de Schmidt à l'aide de simulations informatiques complexes au Centre de calcul parallèle de Paderborn (PC2), le centre de calcul haute performance de l'université. Une avancée décisive a maintenant été réalisée :dans une étude conjointe avec le Dr Marvin Krenz et le Prof. Dr Uwe Gerstmann, tous deux de l'Université de Paderborn, les scientifiques ont montré que des défauts particuliers sous forme de liaisons chimiques insaturées à l'interface entre le tétracène le film et la cellule solaire accélèrent considérablement le transfert d'excitons.
Schmidt note :"De tels défauts se produisent lors de la désorption de l'hydrogène et provoquent des états d'interface électronique avec une énergie fluctuante. Ces fluctuations transportent les excitations électroniques du tétracène vers le silicium comme un ascenseur."
De tels « défauts » dans les cellules solaires sont en réalité associés à des pertes d’énergie. Cela rend les résultats du trio de physiciens d’autant plus étonnants.
"Dans le cas de l'interface silicium-tétracène, les défauts sont essentiels pour un transfert d'énergie rapide. Les résultats de nos simulations informatiques sont vraiment surprenants. Ils fournissent également des indications précises pour la conception d'un nouveau type de cellule solaire avec un rendement considérablement accru", " déclare Schmidt.
Plus d'informations : Marvin Krenz et al, Transfert d'excitons assisté par défaut à travers l'interface Tétracène-Si(111):H, Lettres d'examen physique (2024). DOI :10.1103/PhysRevLett.132.076201 journals.aps.org/prl/abstract/ … ysRevLett.132.076201
Fourni par l'Université de Paderborn
