cellules photovoltaïques organiques.
Des chercheurs de KAUST ont découvert qu'un revêtement d'électrode d'une seule molécule d'épaisseur pouvait améliorer considérablement les performances d'une cellule photovoltaïque organique. Ce revêtement est plus performant que le principal matériau actuellement utilisé pour cette tâche et pourrait ouvrir la voie à des améliorations dans d'autres dispositifs reposant sur des molécules organiques, comme les diodes électroluminescentes et les photodétecteurs. L'ouvrage "18.4 % Organic Solar Cells Using a High Ionization Energy Self-Assembled Monolayer as Hole-Extraction Interlayer" a été publié dans Chemistry-Sustainability-Energy-Materials Journal.
Contrairement aux cellules photovoltaïques les plus courantes qui utilisent du silicium cristallin pour récolter la lumière, les cellules photovoltaïques organiques (OPV) reposent sur une couche de molécules à base de carbone qui absorbe la lumière. Bien que les OPV ne puissent pas encore rivaliser avec les performances des cellules en silicium, elles pourraient être plus faciles et moins chères à fabriquer à très grande échelle grâce aux techniques d'impression.
Lorsque la lumière pénètre dans une cellule photovoltaïque, son énergie libère un électron négatif et laisse derrière elle un espace positif, appelé trou. Différents matériaux rassemblent ensuite les électrons et les trous et les guident vers différentes électrodes pour générer un courant électrique. Dans les OPV, un matériau appelé PEDOT : PSS est largement utilisé pour faciliter le transfert des trous générés vers une électrode ; cependant, le PEDOT : PSS est cher, acide et peut dégrader les performances de la cellule au fil du temps.
L'équipe de KAUST a maintenant développé une meilleure alternative au PEDOT : PSS. Elle utilise un revêtement beaucoup plus fin d'une molécule de transport de trous appelée Br-2PACz, qui se lie à une électrode d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) pour former une couche monomoléculaire. La cellule organique utilisant Br-2PACz a atteint une efficacité de conversion de l'énergie de 18,4 %, alors qu'une cellule équivalente utilisant PEDOT : PSS n'a atteint que 17,5 %.
"Nous avons été très surpris par l'amélioration des performances", déclare Yuanbao Lin, étudiant en doctorat et membre de l'équipe. "Nous pensons que Br-2PACz a le potentiel pour remplacer le PEDOT : PSS en raison de son faible coût et de ses performances élevées". Br-2PACz a augmenté l'efficacité de la cellule de plusieurs façons. Par rapport à son rival, il a entraîné une moindre résistance électrique, amélioré le transport des trous et permis à davantage de lumière de traverser la couche absorbante. Le Br-2PACz a également amélioré la structure de la couche absorbant la lumière elle-même, un effet qui pourrait être lié au processus de revêtement.
Le revêtement pourrait même améliorer la recyclabilité de la cellule solaire. Les chercheurs ont constaté que l'électrode en ITO pouvait être retirée de la cellule, débarrassée de son revêtement, puis réutilisée comme si elle était neuve. En revanche, le PEDOT : PSS rend la surface de l'ITO rugueuse, de sorte qu'elle est moins performante si elle est réutilisée dans une autre cellule. "Nous pensons que cela aura un impact considérable sur l'économie des véhicules photovoltaïques et sur l'environnement", déclare Thomas Anthopoulos, qui a dirigé les recherches.
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