Les chercheurs utilisent des matériaux en bois pour créer des cellules solaires organiques fiables

L'un des matériaux organiques les plus courants dans la nature, la lignine, peut être utilisé pour créer des cellules solaires organiques stables et respectueuses de l'environnement. Des chercheurs de l'Université de Linköping et de l'Institut royal de technologie (KTH) ont montré que la lignine kraft non traitée peut être utilisée pour rendre les cellules solaires encore plus respectueuses de l'environnement et plus fiables. L'étude a été publiée dans la revue Matériaux avancés.

La lumière du soleil semble actuellement être l’une des principales sources d’énergie durable. Les cellules solaires traditionnelles fabriquées à partir de silicium sont efficaces, mais leur processus de fabrication est complexe et exigeant en énergie, ce qui peut entraîner des déversements de produits chimiques dangereux. Les cellules solaires organiques sont donc devenues un domaine de recherche brûlant grâce à leur faible coût de production, leur légèreté et leur flexibilité, et ont donc de nombreuses applications, comme une utilisation en intérieur ou fixées sur des vêtements pour alimenter des appareils électroniques personnels.

Mais le problème est que les cellules solaires organiques sont constituées de plastique ou de polymères dérivés du pétrole. Ainsi, bien qu’ils soient biologiques, ils ne sont pas aussi respectueux de l’environnement qu’ils pourraient l’être.

Des chercheurs de l'Université de Linköping et du KTH ont développé une cellule solaire organique dans laquelle une partie de la couche de transport d'électrons reliée à la cathode de la cellule solaire est constituée de ce que l'on appelle la lignine kraft, provenant directement de la pâte de bois. Bien que seule une petite partie de la cellule solaire soit actuellement constituée de lignine, l’objectif à long terme est de construire une cellule solaire presque entièrement composée de matériaux en bois.

“Nous voulons construire des cellules solaires efficaces, fiables, bon marché et respectueuses de l'environnement. Cette étude nous permet de montrer que cela est possible et constitue un premier pas vers le remplacement des matériaux actuels à base de pétrole par des alternatives à base de bois”, déclare Mats Fahlman, professeur à le Laboratoire d'électronique organique (LOE) de l'Université de Linköping.

Dans des études antérieures, des matériaux à base de bois chimiquement modifiés ont été utilisés pour augmenter la fiabilité ou la stabilité des cellules solaires organiques et des cellules solaires fabriquées à partir de pérovskite, un matériau cristallin. Dans leur étude récemment publiée, les chercheurs de Linköping ont utilisé une version « brute » de la lignine, appelée lignine kraft, directement extraite du bois lors du processus de fabrication du papier. En collaboration avec KTH, ils ont analysé quelle composition moléculaire de lignine était la mieux adaptée à cet objectif.

“Nous avons créé un matériau, ou composite, à partir de lignine kraft qui doit constituer la couche d'interface cathodique. Il s'est avéré que cela rendait la cellule solaire plus stable. L'avantage de la lignine kraft est qu'elle a la capacité de créer de nombreuses liaisons hydrogène. , ce qui contribue à stabiliser la cellule solaire”, explique Qilun Zhang, ingénieur de recherche principal au LOE.

Les cellules solaires organiques sont déjà utilisées, principalement pour des applications intérieures. Ils peuvent également remplacer les piles des capteurs et autres appareils similaires à faible consommation d’énergie. Selon Fahlman, il s'agit du premier pas vers le marché des cellules solaires organiques. Cette technologie peut ensuite être étendue à des applications plus vastes telles que l’approvisionnement en énergie pure. Et les construire à partir de matériaux en bois rendrait l’ensemble de la cellule solaire plus écologique.

“Les cellules solaires organiques ne seront jamais les plus efficaces. Mais leur avantage est qu'elles sont non toxiques, durables et bon marché. Si elles ont un rendement de 15 à 20 %, c'est plus que suffisant pour la plupart des applications”, explique Fahlman.