La lumière qui frappe cette cellule solaire organique fait circuler des électrons entre ses couches, créer un courant électrique. Les mesures effectuées par l'équipe de recherche NIST/NRL ont déterminé la meilleure épaisseur pour les couches, une découverte qui pourrait aider à optimiser les performances des cellules. Crédit :NIST
(PhysOrg.com) -- Les cellules solaires organiques pourraient être un pas de plus vers le marché en raison des mesures prises par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et le U.S. Naval Research Laboratory (NRL), où une équipe de scientifiques a développé une meilleure compréhension fondamentale de la façon d'optimiser les performances des cellules.
Les prototypes de cellules solaires en matériaux organiques sont actuellement loin derrière les cellules photovoltaïques conventionnelles à base de silicium en termes de production d'électricité. Mais si même des cellules organiques raisonnablement efficaces peuvent être développées, elles auraient des avantages distincts :elles coûteraient beaucoup moins cher à produire que les cellules conventionnelles, pourrait couvrir de plus grandes surfaces, et pourrait être recyclé beaucoup plus facilement.
Les cellules étudiées par l'équipe sont constituées d'un empilement de centaines de couches minces qui alternent entre deux matériaux organiques différents :la phtalocyanine de zinc et le C
Chaque couche n'a que quelques nanomètres d'épaisseur, et la variation de leur épaisseur a un effet dramatique sur la quantité de courant électrique émise par la cellule globale. Selon le chimiste du NIST Ted Heilweil, déterminer l'épaisseur idéale des couches est crucial pour fabriquer les cellules les plus performantes.
« En substance, si les couches sont trop fines, ils ne génèrent pas assez d'électrons pour qu'un courant substantiel circule, mais s'ils sont trop épais, de nombreux électrons sont piégés dans les couches individuelles, », dit Heilweil. « Nous voulions trouver le bon endroit.
Trouver ce « point idéal » impliquait d'explorer la relation entre l'épaisseur de la couche et deux aspects différents du matériau. Quand la lumière frappe le film, les couches génèrent un « pic » initial de courant qui décroît ensuite assez rapidement; la cellule idéale générerait des électrons aussi régulièrement que possible. La modification de l'épaisseur de la couche affecte le taux de décomposition initial, mais il affecte également la capacité globale du matériau à transporter des électrons, l'équipe a donc voulu trouver la combinaison optimale de ces deux facteurs.
Paul Lane de NRL a développé un certain nombre de films qui avaient des couches d'épaisseurs différentes, et l'équipe a effectué des mesures dans les deux laboratoires qui ont pris en compte les deux facteurs, constatant que des couches d'environ deux nanomètres d'épaisseur donnent les meilleures performances. Heilweil dit que les résultats l'encouragent à penser que les cellules prototypes basées sur cette géométrie peuvent être optimisées, bien qu'un obstacle technique demeure :trouver le meilleur moyen d'évacuer l'électricité.
« On ne sait toujours pas comment incorporer au mieux des nanocouches aussi minces dans des appareils, " dit-il. "Nous espérons mettre au défi les ingénieurs qui peuvent nous aider avec cette partie."
