Le piégeage géométrique de la lumière est une stratégie simple et prometteuse pour améliorer largement l'absorption optique et l'efficacité des cellules solaires. Néanmoins, La mise en œuvre du piégeage géométrique de la lumière dans le photovoltaïque organique (OPV) est difficile en raison du fait qu'une couche active organique uniforme peut rarement être obtenue sur un substrat texturé. Le professeur Zhiyong Fan et son groupe de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) ont signalé un nouveau concentrateur optique nanobol fabriqué sur une feuille d'aluminium à faible coût et visant à résoudre ce problème. Ils ont fabriqué avec succès des dispositifs OPV basés sur un tel concentrateur optique et ont démontré une amélioration de plus de 28 % de l'efficacité de conversion de puissance par rapport aux dispositifs sans nanobol. Ce travail a été publié dans Bulletin scientifique .

L'énergie solaire est l'une des ressources énergétiques renouvelables les plus prometteuses et représente un remplacement propre et ultime pour les combustibles fossiles à l'avenir. Au cours des dernières décennies, d'énormes efforts ont été investis dans le développement de dispositifs photovoltaïques efficaces et rentables qui sont compétitifs par rapport au combustible fossile. Le photovoltaïque organique (OPV) a été considéré comme l'un des candidats prometteurs pour Récupération de l'énergie solaire à faible coût et efficace. Les dispositifs OPV typiques sont fabriqués sur un substrat de verre et en utilisant de l'oxyde d'étain dopé à l'indium comme électrode. Cependant, un tel substrat n'est pas flexible et la résistance relativement élevée de l'électrode ITO compromettra les performances du dispositif OPV. Relativement, un substrat en feuille d'aluminium présente les avantages d'une excellente conductivité, la flexibilité, rentabilité et processabilité roll-to-roll. Pendant ce temps, le piégeage de la lumière par un substrat nano-texturé est une stratégie attrayante pour améliorer l'efficacité des cellules solaires. Néanmoins, une telle application pour le VPO a encore été démontrée avec succès jusqu'à présent. Cela est en partie dû à l'exigence plus stricte sur l'uniformité de l'épaisseur de la couche active pour les dispositifs OPV et une telle uniformité est difficile à garantir sur la nano-texture avec les techniques de revêtement existantes.

Le nouveau concentrateur optique nanobowl développé par le professeur Zhiyong Fan peut grandement améliorer l'absorption optique dans la couche active de la cellule solaire organique et la simulation optique a révélé qu'une telle amélioration était due à la capacité supérieure de capture de photons du nanobowl. En outre, ils ont étudié l'effet de la géométrie du nanobowl sur les performances des cellules solaires et trois types de nanobowl avec un pas de 1000 nm, 1200 nm et 1500 nm ont été étudiés. Les cellules solaires à base de nanobowl avec un pas de 1000 nm présentaient la meilleure absorption de photons dans la couche photoactive conduisant à la densité de courant de court-circuit la plus élevée d'environ 9,41 mA cm-2 parmi tous les substrats de nanobowl. Avec une tension en circuit ouvert de 0,573 V et un facteur de remplissage de 57,9 %, cette cellule solaire nanobowl a atteint un rendement de conversion d'énergie solaire de 3,12 %, ce qui représente une amélioration de 28 % par rapport au dispositif de contrôle sans nanobol. Ce travail a non seulement révélé la compréhension approfondie du piégeage de la lumière par le concentrateur optique nanobowl, mais a également démontré la faisabilité de la mise en œuvre d'un piégeage géométrique de la lumière à faible coût, OPV traitable en solution.

Le développement du nouveau concentrateur optique nanobowl et son application sur le VPO ont été un effort de collaboration impliquant des professeurs du département de chimie de HKUST, notamment le professeur Shihe Yang et le professeur He (Henry) Yan, qui travaillent sur des recherches de pointe sur le photovoltaïque organique. Le projet de recherche a été soutenu par le General Research Funds du Hong Kong Research Grants Council et la Hong Kong Innovation Technology Commission.