(PhysOrg.com) -- Une équipe de chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord et du Royaume-Uni a découvert que le faible taux de conversion d'énergie dans la technologie des cellules solaires tout polymère est causé par la structure des cellules solaires elles-mêmes. Ils espèrent que leurs découvertes mèneront à la création de cellules solaires plus efficaces.

Les cellules solaires polymères sont constituées de fines couches de structures interpénétrées à partir de deux plastiques conducteurs différents et sont de plus en plus populaires car elles sont à la fois potentiellement moins chères à fabriquer que celles actuellement utilisées et peuvent être « peintes » ou imprimées sur une variété de surfaces, y compris les films flexibles fabriqués à partir du même matériau que la plupart des bouteilles de soda. Cependant, ces cellules solaires ne sont pas encore rentables à fabriquer car elles n'ont qu'un taux de conversion de puissance d'environ trois pour cent, par opposition au taux de 15 à 20 % de la technologie solaire existante.

« Les cellules solaires doivent être simultanément suffisamment épaisses pour absorber les photons du soleil, mais ont des structures suffisamment petites pour que l'énergie captée - connue sous le nom d'exciton - puisse voyager jusqu'au site de séparation des charges et de conversion en électricité que nous utilisons, " dit le Dr Harald Ade, professeur de physique et l'un des auteurs d'un article décrivant la recherche. « Les cellules solaires captent les photons, mais l'exciton a trop de chemin à parcourir, l'interface entre les deux différents plastiques utilisés est trop rugueuse pour une séparation efficace des charges, et son énergie se perd.

Les résultats des chercheurs apparaissent en ligne dans Matériaux fonctionnels avancés et Lettres nano .

Pour que la cellule solaire soit la plus efficace, Adé dit, la couche qui absorbe les photons doit avoir une épaisseur d'environ 150 à 200 nanomètres (un nanomètre est des milliers de fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain). L'exciton résultant, cependant, ne devrait avoir à parcourir qu'une distance de 10 nanomètres avant la séparation des charges. La façon dont les cellules solaires polymères sont actuellement structurées entrave ce processus.

Adé continue, « Dans le système tout polymère étudié, la distance minimale que l'exciton doit parcourir est de 80 nanomètres, la taille des structures formées à l'intérieur du film mince. En outre, la façon dont les appareils sont actuellement fabriqués, l'interface entre les structures n'est pas bien définie, ce qui signifie que les excitons, ou des frais, se faire piéger. De nouvelles méthodes de fabrication qui fournissent des structures plus petites et des interfaces plus nettes doivent être trouvées. »

Ade et son équipe prévoient d'examiner différents types de cellules solaires à base de polymères pour voir si leur faible efficacité est due à ce même problème structurel. Ils espèrent que leurs données conduiront les chimistes et les fabricants à explorer différentes manières d'assembler ces cellules pour augmenter leur efficacité.

« Maintenant que nous savons pourquoi la technologie existante ne fonctionne pas aussi bien qu'elle le pourrait, nos prochaines étapes consisteront à examiner les processus physiques et chimiques qui corrigeront ces problèmes. Une fois que nous obtenons une base d'efficacité, nous pouvons réorienter les efforts de recherche et de fabrication.