Les chercheurs du NIMS ont élucidé la relation entre le photocourant et les changements particuliers de la structure d'absorption se produisant à proximité de l'interface moléculaire-électrode dans les cellules solaires à colorant

Le Groupe Photovoltaïque Hybride Organique/Inorganique du NIMS, Centre mondial de recherche pour l'environnement et l'énergie basé sur la science des nanomatériaux (GREEN), élucidé la relation entre le photocourant et les changements particuliers de la structure d'absorption se produisant à proximité de l'interface électrode moléculaire dans les cellules solaires à colorant, en menant une expérience de rayonnement X doux à la High Energy Accelerator Research Organization (KEK).

Un groupe de recherche dirigé par le Dr Mitsunori Honda (chercheur post-doctoral ; actuellement chercheur à durée déterminée au Quantum Beam Science Directorate R&D Directory de la Japan Atomic Agency (JAEA)) et le Dr Masatoshi Yanagida (chef de groupe) de l'Organic /Inorganic Hybrid Photovoltaics Group du Global Research Center for Environment and Energy based on Nanomaterials Science (GREEN ; dirigé par le directeur général Kohei Uosaki) du National Institute for Materials Science (NIMS ; dirigé par le président Sukekatsu Ushioda) a élucidé la relation entre le le photocourant et les changements particuliers de la structure d'absorption se produisant à proximité de l'interface électrode moléculaire dans les cellules solaires à colorant, en menant une expérience de rayonnement X doux à la High Energy Accelerator Research Organization (KEK).

Les cellules solaires à colorant attirent l'attention en tant que type de cellules solaires de nouvelle génération à faible coût et à haute flexibilité. Cependant, pour leur application commerciale, il est nécessaire d'atteindre un rendement de conversion photoélectrique plus élevé (notamment en termes de photocourant) au-delà du niveau actuellement disponible. Dans les cellules solaires à colorant, puisque les colorants absorbent la lumière et séparent les charges, on pense que le photocourant dépend de la structure d'absorption du colorant, et donc l'élucidation et le contrôle de la structure d'absorption sur des dispositifs réels sont indispensables pour augmenter l'efficacité de conversion.

Le groupe de recherche a analysé la structure d'absorption de N719, un colorant complexe métallique de ruthénium, en utilisant la spectroscopie photoélectronique aux rayons X et l'analyse de la structure à proximité des bords d'absorption des rayons X pour étudier la structure électronique des molécules de colorant. Normalement, Le colorant N719 est absorbé à la surface du TiO2 via un groupe carboxyle (COOH). Cependant, le résultat de l'expérience a montré qu'il y avait une forte interaction entre NCS- (ligand thiocyanate) et TiO2. Une telle structure d'absorption n'avait pas été prise en compte dans le modèle précédent mais aurait pu gêner le photocourant.

L'expérience a également révélé que la forte interaction entre le NCS et le TiO2 disparaîtrait lors de l'absorption simultanée du colorant D131 (un colorant qui démontre de fortes propriétés d'absorption de la lumière dans la gamme de longueurs d'onde courtes et est largement utilisé comme agent de co-absorption). L'équipe de recherche a contrôlé la structure d'absorption optimale sur la base de ce résultat d'expérience et a découvert que l'efficacité quantique externe augmenterait dans la plage de lumière visible des cellules solaires (environ 0,3% d'augmentation de l'efficacité de conversion photoélectrique sous la lumière du soleil.)