Blog

Nov 18, 2023

Une étude montre pourquoi les cellules solaires organiques se dégradent si rapidement

Les scientifiques de l'Université de Cambridge ont maintenant révélé une raison importante pour laquelle

Les scientifiques de l’Université de Cambridge ont maintenant révélé une raison importante pour laquelle les cellules solaires organiques se dégradent rapidement en extérieur. Les cellules solaires organiques sont très prometteuses pour les applications d’énergie propre. Cependant, les modules photovoltaïques fabriqués à partir de semi-conducteurs organiques ne conservent pas leur efficacité assez longtemps sous la lumière du soleil pour des applications réelles.

Le reportage a été publié dans la revue Joule.

Les nouvelles connaissances conduiront à la conception de matériaux plus stables pour le photovoltaïque organique à base de semi-conducteurs, permettant ainsi une production d’électricité bon marché et renouvelable.

En raison des récentes améliorations de l’efficacité avec laquelle les cellules solaires fabriquées à partir de semi-conducteurs organiques (à base de carbone) peuvent convertir la lumière du soleil en électricité, l’amélioration de la stabilité à long terme de ces dispositifs photovoltaïques devient un sujet de plus en plus important.

Les applications réelles de la technologie exigent que l’efficacité de l’appareil photovoltaïque soit maintenue pendant de nombreuses années. Pour résoudre ce problème clé, les chercheurs ont étudié les mécanismes de dégradation des deux composants utilisés dans la couche absorbant la lumière des cellules solaires organiques: les matériaux « donneur d’électrons » et « accepteur d’électrons ». Ces deux composants sont nécessaires pour diviser la paire électron-trou liée formée après l’absorption d’un photon dans les électrons libres et les trous qui constituent le courant électrique.

L’image montre la progression des événements à mesure qu’une cellule solaire organique se dégrade sous l’effet de l’exposition. La recherche montre quel problème l’équipe a découvert et comment la conception peut être améliorée. Crédit d’image: Université de Cambridge. Pour plus d’informations, cliquez sur le document de rapport de recherche publié dans Joule. Lors de l’affichage, le journal est en libre accès, sans paywall.

Dans cette nouvelle étude, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le laboratoire Cavendish de l’Université de Cambridge a pour la première fois examiné les voies de dégradation des matériaux donneurs d’électrons et accepteurs d’électrons. L’étude détaillée du matériau donneur d’électrons distingue les travaux de recherche actuels des études précédentes et fournit de nouvelles perspectives importantes pour le domaine.

Plus précisément, l’identification d’un processus de désactivation ultrarapide unique au matériau donneur d’électrons n’a pas été observée auparavant et fournit un nouvel angle pour considérer la dégradation des matériaux dans les cellules solaires organiques.

Pour comprendre comment ces matériaux se sont dégradés, les chercheurs de Cavendish ont travaillé dans le cadre d’une équipe internationale avec des scientifiques au Royaume-Uni, en Belgique et en Italie. Ensemble, ils ont combiné des études de stabilité de dispositifs photovoltaïques, où la cellule solaire opérationnelle est soumise à une lumière intense qui correspond étroitement à la lumière du soleil, avec la spectroscopie laser ultrarapide réalisée à Cambridge.

Grâce à cette technique laser, ils ont pu identifier un nouveau mécanisme de dégradation dans le matériau donneur d’électrons impliquant une torsion dans la chaîne polymère. En conséquence, lorsque le polymère torsadé absorbe un photon, il subit une voie de désactivation extrêmement rapide sur des échelles de temps femtosecondes (un millionième milliardième de seconde). Ce processus indésirable est assez rapide pour surpasser la génération d’électrons libres et de trous à partir d’un photon, que les scientifiques ont pu corréler avec l’efficacité réduite de la cellule solaire organique après qu’elle ait été exposée à la lumière du soleil simulée.

Le Dr Alex Gillett, l’auteur principal de l’article, a fait remarquer : « Il était intéressant de constater que quelque chose d’aussi mineur en apparence que la torsion d’une chaîne polymère pouvait avoir un effet aussi important sur l’efficacité des cellules solaires. À l’avenir, nous prévoyons de tirer parti de nos découvertes en collaborant avec des groupes de chimie pour concevoir de nouveaux matériaux donneurs d’électrons avec des squelettes polymères plus rigides. Nous espérons que cela réduira la propension du polymère à se tordre et améliorera ainsi la stabilité du dispositif de cellule solaire organique. »

En raison de leurs propriétés uniques, les cellules solaires organiques peuvent être utilisées dans un large éventail d’applications pour lesquelles le photovoltaïque au silicium traditionnel ne convient pas. Cela pourrait inclure des fenêtres de production d’électricité pour les serres qui transmettent les couleurs de la lumière nécessaires à la photosynthèse, ou même des panneaux photovoltaïques qui pourraient être enroulés pour faciliter le transport et la production d’électricité mobile. Ainsi, en identifiant le mécanisme de dégradation qui doit être résolu, la recherche actuelle rapproche directement la prochaine génération de matériaux et d’applications photovoltaïques de la réalité.

***

L’énergie solaire organique a beaucoup plus de potentiel que ce qui est indiqué dans le dernier paragraphe. Et le problème de la longévité est un bug depuis des années. On espère que c’est une amélioration massive et c’est peut-être le cas, mais les produits biologiques ont du mal à rester stables à la lumière directe du soleil, donc cela pourrait être la première solution parmi beaucoup qui pourraient être là-bas.

Pourtant, ce travail montre que l’intérêt pour la recherche apporte des réponses. Considérant que les cellules organiques offrent un si large éventail d’opportunités à moindre coût, il y a toutes les raisons de penser que les progrès se poursuivront.

Espérons que le travail de cette équipe soit un « pas de géant » en avant et que les félicitations soient envoyées avec de grands espoirs pour plus de progrès.

Par Brian Westenhaus via New Energy and Fuel

Plus de lectures de haut de Oilprice.com:

L’Ukraine et la Russie échangent des accusations sur l’explosion d’un énorme barrage hydroélectrique

Le drame du plafond de la dette s’est bien terminé pour le secteur de l’énergie

La tentative infructueuse de l’Arabie saoudite de stimuler les prix du pétrole

Lire cet article sur OilPrice.com