Comment établir les piles solaires organiques efficaces

Les piles solaires organiques, faites à partir des matériaux basés sur carbone, présentent des avantages uniques comparés à d'autres technologies de pile solaire. Par exemple, elles peuvent être manufacturées par des technologies bonnes marchées d'impression, et elles peuvent être rendues semi-transparentes avec les couleurs sélectionnables, qui peuvent être employées structuralement dans l'intégration de bâtiment. Leur flexibilité et bas poids les rendent parfaites pour actionner les capteurs pour l'Internet des applications de choses.

Un défi principal faisant face au développement des piles solaires organiques est qu'elles ont habituellement de grandes déperditions d'énergie.

« Nous avons formulé quelques règles rationnelles de conception pour réduire au maximum des déperditions d'énergie en piles solaires organiques. Après ces règles, nous présentons une gamme des exemples avec des déperditions basse d'énergie et des efficencies de conversion de puissance élevée, » dit Feng Gao, professeur agrégé à la Division de l'électronique biomoléculaire et organique à l'université de Linkoping.

Les règles de conception, qui contestent quelques idées précédemment tenues, ont été éditées dans un article dans le journal Nature Materials.

Utilisant ces règles de conception, les piles solaires organiques promettent de rattraper avec leurs concurrents en ce qui concerne l'efficacité de conversion de puissance, qui mesure la fraction de l'énergie dans le rayonnement du soleil qui est converti en électricité. La limite théorique pour la fraction de l'énergie du soleil qui peut être obtenue en piles solaires est environ 33%. Les expériences de laboratoire avec les piles solaires basées sur silicium ont réalisé 25% au mieux. Les chercheurs jusqu'ici ont cru que la limite pour les piles solaires organiques est inférieure.

« Mais nous savons maintenant qu'il n'y a aucune différence -- la limite théorique est la même pour les piles solaires construites du silicium, des perovskites ou des polymères, » dit Olle Inganas, professeur de l'électronique biomoléculaire et organique, université de Linkoping.

Quand des photons du soleil sont absorbés par le polymère semi-conducteur dans une pile solaire, des électrons dans le matériel de distributeur sont augmentés à un état enthousiaste, et des trous sont formés dans l'état fondamental auquel les électrons restent attirés. Afin de séparer ces électrons attachés et trous, un matériel d'accepteur est ajouté. Cependant, ce matériel d'accepteur a habituellement comme conséquence des déperditions d'énergie supplémentaires, une question qui a tracassé la communauté organique de pile solaire pendant plus de deux décennies.

L'article dans Nature Materials présente deux règles fondamentales pour réduire au maximum des déperditions d'énergie pour les piles solaires organiques très efficaces : -- Réduisez au minimum l'énergie compensée entre le donateur et les composants d'accepteur. -- Assurez-vous que le composant de bas-Gap dans le mélange a un haut photoluminescence.

Les chercheurs aux sept instituts de recherche aux USA, en Chine et l'Europe ont ensemble produit autour de douzaine matériaux différents, certains dont ont été rapportés précédemment et d'autres sont complètement nouveaux. Ils ont employé ces derniers pour démontrer que la nouvelle théorie est conforme aux résultats expérimentaux, quoiqu'elle soit quelque peu incompatible avec ce qui a été précédemment cru.

En plus de Feng Gao, Artem un Bakulin d'Imperial College London et Veaceslav Coropceanu de l'Institut de Technologie de la Géorgie sont les auteurs également correspondants de l'article. La recherche a été financée par des concessions des sources en Suède, l'UE, aux USA et en Chine, et également effectuée dans le cadre de l'initiative stratégique en matériaux fonctionnels avancés, AFM, à l'université de Linkoping.

 SOURCE : Seience quotidien