(Phys.org) — Des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universitaet de Munich ont mis au point une nouvelle méthode pour visualiser les défauts des matériaux dans les cellules solaires à couche mince.

Une équipe de recherche LMU dirigée par Bert Nickel a, pour la première fois, a réussi à caractériser fonctionnellement la couche active dans les cellules solaires organiques à couche mince en utilisant la lumière laser pour une excitation localisée du matériau. Les résultats sont rapportés dans la revue scientifique " Matériaux avancés ". "Nous avons développé une méthode dans laquelle le matériau est balayé par un laser, tandis que le faisceau focalisé est modulé de différentes manières, au moyen d'un atténuateur rotatif par exemple. Cela nous permet de cartographier directement la distribution spatiale des défauts dans les couches minces organiques, un exploit qui n'a pas été réalisé auparavant, " explique Christian Westermeier, qui est le premier auteur de la nouvelle étude.

Les cellules solaires peuvent convertir la lumière du soleil en énergie électrique en exploitant la capacité de la lumière à exciter les molécules, produisant des électrons libres et des "trous" chargés positivement. Le temps qu'il faut pour que ces porteurs de charge soient extraits par les électrodes dépend à son tour de la structure détaillée de la couche active de la cellule. Les défauts dans l'arrangement régulier des atomes agissent comme des pièges temporaires pour les porteurs de charge, et ainsi réduire la taille du courant utilisable pouvant être produit. La nouvelle méthode de cartographie permet aux chercheurs de détecter les changements de flux de courant associés à l'excitation localisée des défauts par la lumière laser. Dans la géométrie expérimentale utilisée, un contact arrière métallique sert d'électrode de déclenchement. En appliquant une tension à cette grille, les pièges présents dans le matériau semi-conducteur peuvent être remplis ou vidés de manière contrôlable via ce que l'on appelle l'effet de champ. En modulant la fréquence de la lumière laser, la dynamique temporelle des états de piège peut être déterminée.

L'étude a révélé que dans le pentacène, un semi-conducteur organique, les défauts ont tendance à se concentrer à certaines positions. « Il serait intéressant de savoir quelle est la particularité de la couche de surface au niveau de ces points chauds. Qu'est-ce qui produit des défauts sur ces sites ? Ils pourraient être dus à des contaminants chimiques ou à des irrégularités dans l'alignement des molécules, " dit Bert Nickel, qui est également membre de la Nanosystems Initiative Munich (NIM), un pôle d'excellence.

Nickel et ses collègues ont choisi le pentacène pour leurs expériences car c'est le matériau le plus conducteur actuellement disponible pour la fabrication de semi-conducteurs organiques. Dans la présente étude, ils ont examiné une fine couche de pentacène dans laquelle la majorité des porteurs de charge sont des trous chargés positivement. Dans les travaux ultérieurs, ils prévoient d'étudier des cellules solaires complètes, qui se composent d'un film conducteur de trous en contact direct avec une couche conductrice d'électrons.