L'énergie solaire est l'une des formes les plus prometteuses d'énergie renouvelable, mais le coût élevé des cellules solaires conventionnelles a jusqu'à présent limité sa popularité. Pour accroître la compétitivité de l'énergie solaire, les scientifiques se sont tournés vers le développement de cellules solaires à colorant – des cellules solaires qui utilisent des colorants organiques à faible coût et des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) à la place de semi-conducteurs coûteux et d'éléments de terres rares pour absorber la lumière du soleil. Zhaohong Huang de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues ont maintenant encore réduit le coût des cellules solaires à colorant en remplaçant l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) - le matériau standard pour les électrodes transparentes - par des nanotubes de carbone.

Une cellule solaire à colorant typique comprend une couche poreuse de nanoparticules de TiO2 immergées dans un colorant organique. Le colorant absorbe la lumière du soleil et convertit l'énergie en électricité, qui se jette dans les nanoparticules de TiO2. Le côté orienté vers le soleil de la cellule solaire est généralement recouvert d'une électrode transparente qui éloigne les porteurs de charge du TiO2 et hors de la cellule solaire. « Malheureusement, Les électrodes ITO sont cassantes et se fissurent facilement, " dit Huang. "Ils sont également chers et pourraient représenter jusqu'à 60% du coût total de la cellule solaire à colorant."

Huang et son équipe ont donc remplacé l'électrode ITO par une fine couche de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone conduisent l'électricité et sont presque transparents, souple et solide, qui en font le matériau idéal pour les électrodes transparentes. Le seul inconvénient est que les porteurs de charge photo-générés dans le nanotube peuvent se recombiner avec les ions dans le colorant, ce qui réduit l'efficacité de conversion de puissance de la cellule solaire.

Pour surmonter ce problème, Huang et son équipe ont placé un film mince de TiO2 entre le film mince de nanotubes de carbone et la couche poreuse. Ils ont constaté que les performances des cellules solaires sensibilisées par colorant avec un film mince de TiO2 étaient nettement meilleures que celles sans. Cependant, ils ont également constaté que l'efficacité de conversion solaire de leurs nouvelles cellules solaires à colorant n'était que de 1,8%, ce qui est inférieur à celui des cellules solaires conventionnelles utilisant des électrodes ITO. Cela est dû aux résistances électriques plus élevées et à la transparence optique réduite des films de nanotubes de carbone, ce qui limite la quantité de lumière solaire entrant dans la cellule.

« Nous étudions maintenant différentes façons d'améliorer la conductivité et la transparence des films, " dit Huang. « De plus, nous prévoyons de remplacer l'électrode de platine inférieure par un film mince de nanotubes de carbone afin de réduire davantage le coût des cellules solaires à colorant.

En cas de succès, les résultats pourraient avoir un impact important sur le coût et la stabilité des cellules solaires à colorant.