(Phys.org) -- En tirant parti des propriétés électriques et optiques favorables du graphène, puis en ajoutant un dopant organique, les chercheurs ont atteint l'efficacité de conversion de puissance la plus élevée à ce jour pour une cellule solaire à base de graphène. L'efficacité de conversion de puissance de 1,9% des dispositifs non dopés augmente de plus de quatre fois à 8,6% après dopage.

Les chercheurs, dirigé par Sefaattin Tongay et Arthur F. Hebard à l'Université de Floride à Gainesville, ont publié leur étude sur les cellules solaires au graphène à haute efficacité dans un récent numéro de Lettres nano .

« Ici, non seulement nous avons profité de la belle transparence optique du graphène, mais nous avons également réduit la résistance électrique du graphène en ajustant le niveau de graphène de Fermi à l'aide d'une couche de revêtement organique bon marché et écologiquement stable, » a déclaré Tongay Phys.org . « Au cours de cette étape, La nature nous a favorisés en produisant une rectification et un champ électrique plus élevés à l'interface, améliorant encore l'efficacité de la cellule solaire.

Dans les nouvelles cellules solaires, une seule couche de graphène placée au-dessus d'une plaquette de silicium sert de jonction Schottky, le composant principal des dispositifs photovoltaïques simples appelés cellules solaires à jonction Schottky.

Sous l'éclairage, des paires électron-trou sont photogénérées dans le silicium. Les électrons et les trous photogénérés sont séparés par le potentiel électrique intégré de la jonction Schottky et collectés par les contacts de graphène et de semi-conducteur de charge opposée. Ce flux de courant à sens unique (des électrons circulant dans un sens et des trous dans l'autre) est une propriété déterminante de la jonction Schottky et permet la génération d'énergie à partir du dispositif.

Alors que les cellules solaires à jonction Schottky à base de graphène ont été démontrées dans le passé, Ici, les chercheurs ont franchi une étape supplémentaire et ont dopé le graphène avec le produit chimique organique TFSA en utilisant une simple méthode de moulage par centrifugation.

Le dopage a permis aux chercheurs d'ajuster le niveau de Fermi du graphène (une mesure de l'énergie potentielle des électrons), ce qui a entraîné deux changements qui ont amélioré l'efficacité globale des cellules solaires :une réduction de la résistance du graphène et une augmentation du potentiel intégré de la cellule solaire, ce qui conduit à une séparation plus efficace des paires électron-trou générées par les photons absorbés.

Avec leur efficacité de 8,6%, les dispositifs dopés offrent une amélioration significative de l'efficacité par rapport aux autres cellules solaires à jonction Schottky à base de graphène, qui ont jusqu'à présent démontré des rendements de conversion de puissance allant de 0,1 % à 2,86 %.

Par rapport aux cellules solaires à jonction Schottky qui utilisent de l'oxyde d'indium et d'étain, ceux qui utilisent le graphène ont plusieurs avantages. Par exemple, la capacité d'ajuster les propriétés du graphène permet aux chercheurs d'optimiser l'efficacité des cellules solaires et d'utiliser la couche de graphène sur d'autres semi-conducteurs que le silicium.

Les chercheurs espèrent que les méthodes utilisées ici, qui sont simples et évolutifs, peut conduire à d'autres améliorations de l'appareil et à des applications pratiques à l'avenir.

« Nous nous attendons à ce que l'efficacité puisse être encore améliorée en concevant l'interface, en utilisant différentes couches de revêtement organique produisant des effets de dopage plus élevés, améliorer la qualité du graphène et la procédure de transfert de graphène, utilisant des couches antireflet, et de nombreuses autres méthodes connues par la communauté des cellules solaires, », a déclaré Tongay. "Ce n'est qu'un début."

Hebard a ajouté que de nouvelles découvertes de la physique du graphène devraient conduire à des cellules solaires plus efficaces et moins chères.

« Notre augmentation de l'efficacité de conversion de puissance décrite avec la simple application d'une surcouche organique stable n'est qu'un début, " a-t-il dit. « Le graphène et ses dérivés continuent de nous surprendre avec des propriétés inhabituelles (résistance, la flexibilité, barrière de diffusion, énergie de Fermi réglable, spectre électronique linéaire, etc). D'autres avancées viendront avec une compréhension plus approfondie de la physique de la façon dont les photons entrants créent efficacement des électrons et des trous, qui sont ensuite séparés et collectés dans notre configuration décrite. Ces connaissances devraient être applicables pour trouver des substrats alternatifs au silicium (les organiques et les polymères viennent à l'esprit), qui sont moins chers et peuvent être appliqués à de grandes surfaces.

« Il est clair que la recherche sur le graphène et ses dérivés est déjà en plein soleil; nous nous attendons à ce que notre travail sur les cellules solaires le maintienne là.

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