Les cellules solaires entièrement organisées atteignent une efficacité record en doubler les performances précédentes

À mesure que les efforts mondiaux pour lutter contre le changement climatique se poursuivent, la demande d’énergie solaire augmente. Cependant, comme les panneaux solaires à base de silicium les plus utilisés actuels comprennent une variété de substances dangereuses, leur élimination ou le recyclage provoque un impact environnemental et entraîne des coûts substantiels.

Le même problème est applicable aux cellules solaires de type film de nouvelle génération, telles que les cellules solaires à base de pérovskite, car elles contiennent également des matières potentiellement dangereuses telles que les composés de plomb et les oxydes métalliques. Pour éviter de tels problèmes d’élimination et révéler des sources d’énergie respectueuses de l’environnement, les scientifiques ont recherché des cellules solaires de type film composées entièrement de matériaux à base de carbone (cellules solaires tout organiques).

Sans métaux dangereux, ceux-ci peuvent être incinérés en toute sécurité comme des plastiques réguliers, ce qui réduira considérablement les coûts d’impact environnemental et d’élimination. Malgré ces avantages, les cellules solaires entièrement organisées atteignent actuellement une efficacité de conversion de puissance très faible (PCE), environ 4% au maximum, ce qui est bien inférieur à ceux des cellules solaires en silicium conventionnelles (> 27%) et des cellules solaires de pérovskite (> 26%). Ainsi, des progrès technologiques intensifs pour les cellules solaires tout organiques à haute performance sont nécessaires.

Masahiro Nakano, professeur agrégé de l’Institut des sciences et de l’ingénierie, Faculté de chimie de l’Université de Kanazawa, a collaboré avec des scientifiques de Reiko Co., Ltd. et de la Queen’s University à Kingston, au Canada, et a maintenant développé avec succès les cellules solaires de tous les organismes avec la plus grande efficacité du monde. Alors que les performances des cellules solaires entièrement organisées précédentes étaient limitées à environ 4% de PCE, les cellules nouvellement développées atteignent plus du double de l’efficacité des versions précédentes.

L’œuvre est publiée dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.

Deux problèmes majeurs avaient précédemment entravé les performances des cellules solaires tout organiques. Premièrement, la disponibilité de matériaux d’électrodes transparentes organiques hautement conductrices adaptés aux cellules solaires de type film est limitée. Certains matières organiques à haute conductivité avaient été signalées, mais leur préparation nécessitait de forts acides, des bases ou un recuit à haute température (> 150 ° C), ce qui pourrait endommager les films de substrat organiques et les couches semi-conductrices organiques.

Pour surmonter cela, l’équipe de recherche a développé une électrode transparente basée sur le Polymer conducteur PEDOT: PSS. L’électrode PEDOT: PSS peut être fabriquée à une température plus basse (80 ° C) sans utiliser d’acides ou de bases, et il démontre une conductivité suffisante (résistance à la feuille: <70 Ω / sq.) Pour les cellules solaires de type film.

Le deuxième problème est la difficulté d’empiler plusieurs couches dans le dispositif de cellules solaires de type film sans endommager les couches sous-jacentes. Dans les processus de solution, les encres de la couche supérieure pourraient endommager les couches inférieures. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé une méthode de laminage pour une électrode de nanotube de carbone. Cette technique consiste à former des électrodes séparément sur les films de barrière des cellules solaires, puis à les fixer à l’appareil, en évitant les dommages aux films organiques inférieurs pendant la fabrication d’électrodes.

En combinant la nouvelle méthode d’électrode et de fabrication transparente organiques, l’équipe de recherche a développé avec succès les cellules solaires entièrement organisées avec plus du double de l’efficacité de conversion de puissance (8,7%) des modèles précédents (4,0%). Cette progression représente une étape cruciale vers l’application pratique des cellules solaires tout organiques à haute performance.

Pour l’avenir, les cellules solaires entièrement organisées sont très prometteuses pour les applications dans des zones environnementales, telles que les terres agricoles et les appareils portables. Leur nature légère et flexible permet également une installation dans des endroits où les panneaux solaires conventionnels seraient peu pratiques. L’équipe de recherche vise à améliorer encore les performances en améliorant la conductivité des électrodes organiques.