(Phys.org) — Une nouvelle version de cellules solaires créées par des laboratoires des universités Rice et de l'État de Pennsylvanie pourrait ouvrir la porte à la recherche sur une nouvelle classe d'appareils à énergie solaire.

Les dispositifs photovoltaïques créés dans un projet dirigé par l'ingénieur chimiste Rice Rafael Verduzco et l'ingénieur chimiste Penn State Enrique Gomez sont basés sur des copolymères blocs, des matériaux organiques auto-assemblés qui s'arrangent en couches distinctes. Ils surpassent facilement les autres cellules avec des composés polymères comme éléments actifs.

La découverte est détaillée en ligne dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .

Bien que commercial, les cellules solaires à base de silicium transforment environ 20 % de la lumière solaire en électricité et les unités expérimentales dépassent les 25 %, il y a eu un courant sous-jacent de recherche sur les cellules à base de polymères qui pourraient réduire considérablement le coût de l'énergie solaire, dit Verduzco. Les cellules Rice/Penn State atteignent environ 3 % d'efficacité, mais c'est étonnamment mieux que ce que d'autres laboratoires ont réalisé en utilisant des composés polymères.

"Vous avez besoin de deux composants dans une cellule solaire :un pour transporter des électrons (négatifs), l'autre porte des charges positives, ", a déclaré Verduzco. Le déséquilibre entre les deux provoqué par l'apport d'énergie - la lumière du soleil - crée un courant utile.

Depuis le milieu des années 80, les chercheurs ont expérimenté l'empilement ou le mélange de composants polymères avec un succès limité, dit Verduzco. Les mélanges polymères/fullerène ultérieurs ont dépassé 10 % d'efficacité, mais les fullerènes - dans ce cas, buckyballs C-60 améliorés - sont difficiles à travailler, il a dit.

Le laboratoire Rice a découvert un copolymère séquencé, le P3HT-b-PFTBT, qui se sépare en bandes d'environ 16 nanomètres de large. Plus intéressante pour les chercheurs était la tendance naturelle des polymères à former des bandes perpendiculaires au verre. Le copolymère a été créé en présence d'une couche supérieure de verre/oxyde d'indium et d'étain (ITO) à une température modeste de 165 degrés Celsius.

Avec une couche d'aluminium de l'autre côté de l'appareil construit par l'équipe de Penn State, les bandes de polymère s'étendaient des électrodes du haut vers le bas et offraient un chemin clair aux électrons pour circuler.

"Sur papier, les copolymères à blocs sont d'excellents candidats pour les cellules solaires organiques, mais personne n'a pu obtenir de très bonnes performances photovoltaïques en utilisant des copolymères à blocs, " a déclaré Verduzco. " Nous n'avons pas abandonné l'idée des copolymères à blocs car il n'y a vraiment eu qu'une poignée de ces types de cellules solaires testées auparavant. Nous pensions qu'il était possible d'obtenir de bonnes performances en utilisant des copolymères séquencés si nous concevons les bons matériaux et fabriquons les cellules solaires dans les bonnes conditions."

Des mystères demeurent, il a dit. "On ne sait pas pourquoi le copolymère s'organise perpendiculairement aux électrodes, " dit-il. " Notre hypothèse est que les deux polymères veulent être en contact avec le verre recouvert d'ITO. Nous pensons que force cette orientation, même si nous ne l'avons pas encore prouvé."

Il a déclaré que les chercheurs souhaitaient expérimenter d'autres copolymères séquencés et apprendre à contrôler leurs structures pour augmenter la capacité de la cellule solaire à capturer les photons et à les transformer en électricité. Une fois qu'ils ont atteint des performances plus élevées à partir des cellules, l'équipe examinera l'utilisation à long terme.

"Nous allons d'abord nous concentrer sur la performance, parce que si nous ne pouvons pas l'obtenir assez haut, il n'y a aucune raison de s'attaquer à d'autres défis comme la stabilité, " a déclaré Verduzco. Encapsuler une cellule solaire pour empêcher l'air et l'eau de se dégrader est facile, il a dit, mais le protéger de la dégradation par les ultraviolets au fil du temps est difficile. "Vous devez l'exposer au soleil. Ce que vous ne pouvez pas éviter."