fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche internationale composée de l’Université de Linköping (Linköpings universitet), de l’Université de Potsdam en Allemagne et de l’Institut Paul-Drude de Berlin (Paul-Drude-Institut) a mis en lumière les mécanismes cachés limitant les performances des cellules solaires organiques, ce qui pourrait aider cette technologie à franchir la barrière des 20 % d’efficacité.
Les cellules solaires photovoltaïques organiques sont fabriquées à partir de matériaux abondants sur Terre et nécessitent moins d’énergie, ce qui leur confère le potentiel de produire de l’électricité à un coût inférieur à celui des deux premières générations de technologies solaires. Les performances des cellules solaires sont déterminées par trois facteurs : le courant de court-circuit, la tension en circuit ouvert et le facteur de remplissage. Cependant, l’amélioration de l’un de ces indicateurs se fait souvent au détriment d’un autre.
Les chercheurs sont confrontés depuis longtemps à un problème de compromis dans le domaine des cellules solaires organiques : les efforts pour augmenter la tension en circuit ouvert entraînent souvent une diminution du facteur de remplissage, et vice versa. Alors que l’efficacité des cellules solaires organiques dépasse les 20 %, cette contradiction devient de plus en plus difficile à surmonter. Le Dr Dieter Neher de l’Université de Potsdam, le Dr Feng Gao de l’Université de Linköping et le Dr Safa Shoaee de l’Institut Paul-Drude pour la recherche sur l’état solide ont collaboré pour en enquêter sur les causes profondes.
En collaboration avec d’autres experts du domaine, l’équipe de recherche a analysé les raisons pour lesquelles l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires organiques ralentit à des niveaux plus élevés. Les résultats montrent que, dans des conditions spécifiques, la génération de charges libres dans la couche active de la cellule dépend fortement du champ électrique présent dans le matériau semi-conducteur organique. Le professeur de physique Neher de l’Université de Potsdam souligne que cela entraîne une limitation du facteur de remplissage qui n’était pas suffisamment comprise auparavant, et qui devient particulièrement cruciale lorsqu’il s’agit de minimiser les pertes de tension.
Lorsque la lumière du soleil frappe une cellule solaire organique, elle génère des paires liées (excitons) composées d’électrons chargés négativement et de trous chargés positivement. Ces excitons doivent d’abord se diviser en charges libres pouvant produire de l’électricité. En simulant l’ensemble de la cellule solaire, l’équipe a découvert que la durée de vie des excitons et l’énergie libérée lors du processus de transfert de charge sont des facteurs clés déterminant le facteur de remplissage dans des conditions de faible perte de tension. L’équipe a démontré que prolonger la durée de vie des excitons peut atténuer considérablement ce problème, et a développé de nouvelles combinaisons de matériaux organiques pour fabriquer des cellules solaires, ces dispositifs atteignant simultanément un facteur de remplissage élevé et une puissance de sortie globale renforcée.
Les chercheurs estiment que ces découvertes fournissent des principes de conception universels pour le développement futur des matériaux et des architectures de dispositifs photovoltaïques organiques. Cette étude a été publiée dans la revue Nature Photonics.
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