Panneau solaire : l’invention d’une cellule solaire organique au rendement record de 19,31 %

Face au défi climatique actuel, différentes technologies sont développées pour produire de l’électricité propre. Les plus répandues sont les panneaux photovoltaïques, les éoliennes et les hydroliennes. Les cellules solaires organiques constituent également une alternative prometteuse, mais celles-ci restent encore peu sollicitées en raison de leur faible efficacité. Cependant, elles possèdent de nombreux avantages, notamment leur légèreté, leur flexibilité et leur coût de fabrication moins élevé. Avec la nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU), ce problème d’efficacité est en train de se dénouer. Cette équipe a inventé une nouvelle technique permettant aux CSO d’atteindre un rendement de conversion d’énergie record de 19,31 %. Décryptage.

Qu’est-ce qu’une cellule solaire organique ?

Les cellules solaires organiques, appelées aussi « cellules solaires polymériques », se servent des matériaux organiques à base de carbone pour absorber la lumière du soleil. Cette énergie lumineuse est ensuite transformée en énergie électrique. Ces matériaux sont constitués de polymères constitués de longues chaînes de molécules ou de petites molécules d’origine organique. En général, ils sont disposés en une couche ultramince sur un substrat. Ce format leur confère une grande souplesse et un poids léger. Grâce à ces deux caractéristiques essentielles, les CSO à simple jonction peuvent être produites par une méthode de fabrication sur rouleau continu (R2R). Ce processus serait moins coûteux que la méthode de production des panneaux solaires en silicium, qui nécessite de grandes quantités de combustibles.

Comment ces scientifiques ont-ils rendu les CSO plus efficaces ?

Les cellules solaires en polymère à simple jonction avaient pour inconvénient majeur de présenter un rendement énergétique limité (environ 10 à 13 %). Heureusement, un groupe de chercheurs chinois, dirigé par le professeur Li Gand, a trouvé un moyen de lever cet obstacle. En effet, il a mis en place des stratégies afin d’augmenter le taux d’efficacité des CSO. Pendant approximativement deux ans, il a mis au point une technique de manipulation non monotone de l’état intermédiaire (ISM). Cette dernière repose sur l’utilisation du 1,3,5-trichlorobenzène, un régulateur de cristallisation qui optimise l’organisation des molécules dans une cellule. Elle permet d’assurer un empilement moléculaire plus ordonné et une agrégation moléculaire plus favorable. Ce qui permet d’améliorer la conversion de la lumière captée en électricité.

Ces scientifiques sont également parvenus à réduire les pertes de recombinaison radiative, un phénomène provoquant la perte d’efficacité des CSO. Ils ont atteint un niveau record de 0,168 eV pour cet indicateur. De plus, il est à préciser que, lorsque ce phénomène survient, l’énergie de l’électron dans la cellule solaire est transformée en chaleur plutôt qu’en électricité. Grâce à ces innovations, ces chercheurs chinois ont obtenu un rendement énergétique de 19,31 %. Avec cette amélioration, les cellules solaires polymériques pourraient devenir une alternative plus pratique et plus abordable aux panneaux photovoltaïques en silicium.

Quelles sont les nouvelles applications potentielles des CSO ?

Si le rendement énergétique des cellules photovoltaïques organiques à simple jonction continue d’augmenter, elles pourraient être appliquées à la production d’électricité propre à grande échelle. Elles pourraient être installées sur les toits des bâtiments, intégrées à des appareils électroniques portables, etc. Ces dispositifs solaires légers, flexibles et extensibles sont adaptés à diverses applications. De plus, leur couleur peut être ajustée selon les besoins de leurs utilisateurs. Même si ces scientifiques croient fortement au succès de leur nouvelle version de CSO, ils ont encore cité quelques points à améliorer, notamment la durabilité et la stabilité de cette technologie. Plus d’informations : Nature Communications