Les travaux d'une équipe de recherche de Penn State et de l'Université Rice pourraient conduire au développement de cellules solaires flexibles. La technique des ingénieurs est centrée sur le contrôle de la nanostructure et de la morphologie pour créer des cellules solaires organiques constituées de polymères séquencés. Crédit :Curtis Chan
(Phys.org) — Les travaux d'une équipe d'ingénieurs chimistes de la Penn State et de la Rice University pourraient conduire à une nouvelle classe de cellules solaires organiques bon marché.
« Imaginez si vous pouviez fabriquer des cellules solaires aussi facilement que vous pouvez imprimer des affiches ou des journaux – vous pourriez en faire des feuilles, " a déclaré Enrique Gomez, professeur adjoint de génie chimique. "Cela représente un changement fondamental dans la façon dont nous fabriquons des cellules solaires."
La plupart des cellules solaires d'aujourd'hui sont inorganiques et constituées de silicium cristallin. Le problème avec ceux-ci, Gomez a expliqué, est que les cellules solaires inorganiques ont tendance à être chères, rigide et relativement inefficace lorsqu'il s'agit de convertir la lumière du soleil en électricité.
Mais les cellules solaires organiques offrent une alternative intéressante, flexible et potentiellement moins chère.
Il n'existe actuellement pas beaucoup de cellules solaires organiques. Il a dit, "Il y a un tas de prototypes qui flottent. Vous les voyez dans des endroits comme dans des sacs pour ordinateurs portables à énergie solaire et au sommet de certains dépôts de bus."
Le problème est que la majeure partie des cellules solaires organiques utilise des accepteurs de fullerène, une molécule à base de carbone extrêmement difficile à étendre pour une production de masse.
L'approche de Gomez ignore complètement l'accepteur de fullerène et cherche à combiner des molécules dans une solution.
L'idée d'utiliser l'auto-assemblage moléculaire pour les cellules solaires n'est pas nouvelle, mais Gomez a dit, "Ça n'a pas été bien exécuté."
Il a continué, "C'est comme essayer de mélanger l'huile et l'eau." Le problème est que les faibles interactions intermoléculaires et le désordre aux jonctions de différents matériaux organiques ont limité les performances et la stabilité des anciennes cellules solaires organiques.
Mais en contrôlant la nanostructure et la morphologie, l'équipe a essentiellement repensé les molécules pour mieux se lier entre elles.
Les ingénieurs ont pu contrôler les hétérojonctions donneur-accepteur grâce à des copolymères séquences conjugués séparés en microphases.
« Nous n'avons pas seulement démontré la maîtrise de la microstructure, mais aussi le contrôle de l'interface responsable des premières étapes de photogénération de charges d'une manière jamais réalisée auparavant, ", a déclaré Gomez.
Le résultat, qui a été détaillé dans un récent numéro de l'American Chemical Society's Lettres nano journal, est une cellule solaire organique composée de copolymères séquencés à trois pour cent d'efficacité.
L'équipe comprenait Changhe Guo, étudiant diplômé en génie chimique de Penn State; l'étudiant de premier cycle Matt Witman; Rafaël Verduzco, le professeur adjoint Louis Owen de génie chimique et biomoléculaire à l'Université Rice; Joseph Strzalka, chercheur au Laboratoire National d'Argonne; et les chercheurs Cheng Wang et Alexander Hexemer du Lawrence Berkeley National Laboratory.
Bien que le prototype de l'équipe ne soit pas aussi efficace que certaines cellules solaires disponibles dans le commerce, Gomez a expliqué que le travail montre que les cellules solaires organiques flexibles sont en effet possibles.
"Nos cellules en ce moment ne capturent pas beaucoup de lumière. Nous devons regarder en arrière et reconcevoir la molécule. Nous pensons que nous pouvons faire mieux que 3%, " il a dit.
