Des chercheurs de l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST) ont démontré des cellules solaires polymères (PSC) hautes performances avec une efficacité de conversion de puissance (PCE) de 8,92 %, ce qui correspond aux valeurs les plus élevées signalées à ce jour pour les PSC plasmoniques utilisant des nanoparticules métalliques (NP) .

Une cellule solaire polymère est un type de cellules solaires à couche mince fabriquées avec des polymères qui produisent de l'électricité à partir de la lumière du soleil par effet photovoltaïque. La plupart des cellules solaires commerciales actuelles sont fabriquées à partir d'un cristal de silicium hautement purifié. Le coût élevé de ces cellules solaires au silicium et leur processus de production complexe ont suscité un intérêt pour le développement de technologies photovoltaïques alternatives.

Par rapport aux appareils à base de silicium, Les PSC sont légers (ce qui est important pour les petits capteurs autonomes), traitabilité de la solution (potentiellement jetable), peu coûteux à fabriquer (parfois en utilisant de l'électronique imprimée), souple, et personnalisable au niveau moléculaire, et ils ont un potentiel plus faible d'impact environnemental négatif. Les cellules solaires polymères ont suscité beaucoup d'intérêt en raison de ces nombreux avantages.

Bien que ces nombreux avantages, Les PSC souffrent actuellement d'un manque d'efficacité suffisante pour les applications à grande échelle et de problèmes de stabilité, mais leur promesse de production extrêmement bon marché et éventuellement de valeurs d'efficacité élevées les a conduits à être l'un des domaines les plus populaires dans la recherche sur les cellules solaires.

Pour maximiser le PCE, l'absorption de la lumière dans la couche active doit être augmentée en utilisant des films épais à hétérojonction en vrac (BHJ). Cependant, l'épaisseur de la couche active est limitée par les faibles mobilités des porteurs des matériaux BHJ. Par conséquent, il est nécessaire de trouver les moyens de minimiser l'épaisseur des films BHJ tout en maximisant la capacité d'absorption de la lumière dans la couche active.

L'équipe de recherche a utilisé l'effet de résonance plasmonique de surface (SPR) via des nanoparticules d'argent multipositions recouvertes de silice (Ag@SiO2) pour augmenter l'absorption de la lumière. L'enveloppe de silice dans Ag@SiO2 préserve l'effet SPR des Ag NPs en empêchant l'oxydation du noyau Ag dans des conditions ambiantes et élimine également le problème de la trempe des excitons en évitant le contact direct entre les noyaux Ag et la couche active. La propriété multipositionnelle fait référence à la capacité des NPs Ag@SiO2 à être introduites aux interfaces ITO/PEDOT:PSS (type I) et PEDOT:PSS/couche active (type II) dans le polymère :PSC BHJ à base de fullerène en raison de les coquilles de silice.

Parce que les PSC présentent de nombreux avantages, y compris à faible coût, traitabilité de la solution, et la flexibilité mécanique, Les PSC peuvent être adoptés dans diverses applications. Cependant, nous devrions briser la barrière d'efficacité de 10 % pour la commercialisation des PSC.

Le professeur Kim a dit :"Il s'agit du premier rapport introduisant des NP métalliques entre la couche de transport de trous et la couche active pour améliorer les performances du dispositif. Les propriétés multipositionnelles et traitables de nos matériaux de résonance plasmonique de surface (SPR) offrent la possibilité d'utiliser plusieurs effets plasmoniques en introduisant divers métaux nanoparticules dans différents emplacements spatiaux pour un dispositif optoélectronique haute performance via des techniques de production de masse."

"Notre travail est significatif pour développer de nouvelles nanoparticules métalliques et atteindre près de 10 % d'efficacité en utilisant ces matériaux. Si nous nous concentrons continuellement sur l'optimisation de ce travail, la commercialisation des PSC sera une réalisation mais pas un rêve, " a ajouté le professeur Park.