(Phys.org) — Des recherches de la North Carolina State University révèlent que l'efficacité des cellules solaires est basée sur un équilibre délicat entre la taille et la pureté des couches intérieures, ou domaines. Ces résultats peuvent conduire à de meilleures conceptions et à des performances améliorées dans les cellules solaires organiques.

Les cellules solaires à base de polymère sont destinées à avoir deux domaines, constitué d'un accepteur d'électrons et d'un matériau donneur d'électrons. L'efficacité des cellules solaires repose sur plusieurs facteurs :la facilité avec laquelle les excitons (les particules d'énergie créées par les cellules solaires lorsque la lumière est absorbée) peuvent se déplacer jusqu'à l'interface des domaines donneur et accepteur tout en conservant autant d'énergie lumineuse que possible ; et, une fois les charges séparées des excitons, l'efficacité avec laquelle les charges séparées se déplacent vers les électrodes de l'appareil pour la collecte.

En réalité, cependant, ces domaines ne sont pas séparés et purs, et il peut y en avoir beaucoup plus que deux. Les méthodes de traitement actuelles créent un complexe, structure multi-domaines, ce qui a un impact sur tous les facteurs impliqués dans l'efficacité de la cellule solaire.

Le physicien de NC State Harald Ade et ses collaborateurs voulaient savoir exactement comment la structure complexe de la cellule solaire influe sur ses performances. En utilisant des techniques avancées de rayons X doux, Ade et ses collègues de l'Académie chinoise des sciences ont découvert que les domaines se mélangeaient de manière inhabituelle et parfois contradictoire.

" Imaginez les deux matériaux de domaine de la cellule solaire comme une pâte à gâteau avec une couche de vanille et une couche de chocolat, " dit Ade. " Au départ, la zone interfaciale - où les couches se touchent - est aussi grande que votre moule à gâteau. Pendant que vous mélangez les couches en tirant une fourchette à travers la pâte pour faire des tourbillons, plus de vanille touche le chocolat et vous créez encore plus de zone interfaciale. Dans une cellule solaire, plus de surface interfaciale sert à augmenter les performances en augmentant la séparation des charges.

"Toutefois, si vous continuez à mélanger les couches, vous obtenez une pâte uniforme avec moins de pureté, ce qui diminue les performances des cellules solaires à mesure que les charges se recombinent et sont perdues en raison d'un mélange trop important.

"Ce que nous constatons, c'est que dans les appareils réels, la structure est similaire à la création de tourbillons avec des fourches de différentes tailles en utilisant une combinaison de mouvements grands ou petits. Cela crée deux échelles de longueur qui peuvent avoir différents degrés d'uniformité de la pâte, conduisant à des compromis complexes entre la taille, pureté et performances. Notre tâche est maintenant de comprendre ces compromis et de découvrir comment concevoir des cellules solaires qui en tirent parti. »