Graphène, une feuille de carbone d'un atome d'épaisseur extrêmement résistante et conductrice de l'électricité, est le matériau le plus fin jamais fabriqué. Les chercheurs pensent qu'il pourrait être utilisé comme électrode transparente dans les cellules photovoltaïques, remplacement d'une couche d'oxyde d'indium-étain (ITO) fragile et de plus en plus chère.

Wee Shing Koh de l'A*STAR Institute of High Performance Computing à Singapour et ses collègues ont comparé ces deux matériaux. Ils ont découvert que le graphène surpasse l'ITO lorsqu'il est utilisé avec des cellules solaires qui absorbent un large spectre de lumière.

Les longueurs d'onde de la lumière du Soleil ont une gamme d'intensités et fournissent des quantités d'énergie variables. Pour maximiser les performances d'un appareil photovoltaïque, son électrode transparente doit avoir une faible résistance électrique, tout en transmettant également la lumière des bonnes longueurs d'onde pour les cellules à absorber.

Les feuilles carrées de graphène produites par la technologie actuelle de dépôt chimique en phase vapeur ont une résistance électrique environ quatre fois supérieure à celle d'une couche typique d'ITO de 100 nanomètres d'épaisseur. Bien que l'ajout de couches supplémentaires de graphène réduise sa résistance, il bloque également plus de lumière. Koh et ses collègues ont calculé que quatre couches de graphène empilées avaient les meilleures chances d'égaler les performances d'ITO.

Le graphène a un avantage clé par rapport à l'ITO :il laisse passer plus de 97 % de la lumière vers la cellule solaire située en dessous, quelle que soit sa longueur d'onde. En revanche, L'ITO a tendance à bloquer certaines longueurs d'onde plus que d'autres. Le graphène à quatre couches est légèrement plus transparent aux longueurs d'onde du proche infrarouge que l'ITO, par exemple.

Koh et ses collègues ont estimé comment chaque matériau affecterait une cellule solaire organique flexible qui absorbe la lumière avec des longueurs d'onde de 350 à 650 nanomètres. Ils ont découvert que quatre couches de graphène ne fournissaient que 92,3% de la puissance d'une électrode ITO équivalente. Lorsqu'il est associé à un autre appareil photovoltaïque organique qui fonctionne de 350 à 750 nanomètres, le rendant ainsi plus efficace pour absorber la lumière proche infrarouge, le graphène correspondait presque aux capacités d'ITO.

Les chercheurs ont conclu que le graphène serait idéalement adapté aux cellules photovoltaïques avec une très large plage d'absorption, comme une cellule solaire organique récemment développée qui peut capter la lumière de 350 à 850 nanomètres.

"Avec le raffinement du processus de fabrication du graphène, il serait possible que la résistance carrée du graphène soit d'un ordre de grandeur inférieur à l'état de l'art actuel, " dit Koh. Cela permettrait à une ou deux feuilles de graphène de battre ITO à la fois en termes de conductivité et de transparence, rendant les électrodes transparentes au graphène beaucoup plus largement applicables.