Les cellules solaires organiques en tandem à quatre terminaux représentent une avancée significative dans le domaine de l’énergie solaire. Des chercheurs de l’ICFO ont récemment mis au point un nouveau dispositif de ce type, atteignant une efficacité de conversion énergétique de 16,94%. Cette réalisation ouvre la voie à de nouvelles perspectives dans le domaine des énergies renouvelables et de la lutte contre le changement climatique.
Les cellules solaires organiques en tandem à deux terminaux constituent l’une des approches les plus prometteuses pour pallier les pertes par transmission et thermalisation dans les cellules solaires à simple jonction. Cependant, leur fabrication présente des défis, notamment en termes d’équilibre du courant électrique entre les deux sous-cellules et de réalisation d’une couche d’interconnexion robuste et transparente.
La configuration en tandem à quatre terminaux offre une alternative hautement efficace. Contrairement à l’approche à deux terminaux, elle dispose de connexions électriques séparées pour la cellule avant transparente et la cellule arrière opaque, éliminant ainsi la contrainte d’appariement du courant électrique. Cette configuration permet une plus grande flexibilité dans le choix des bandes interdites de chaque cellule, optimisant ainsi l’absorption des photons et améliorant l’efficacité globale de la production d’énergie solaire.
Un élément clé : l’électrode transparente en argent ultrafine
La fabrication d’une électrode transparente en argent ultrafine, d’une épaisseur de seulement 7 nm, a joué un rôle central dans l’optimisation des performances de la cellule solaire en tandem. Placée à l’arrière de la cellule avant, cette électrode assure une bonne transmission de la lumière pour alimenter la cellule arrière, tout en maintenant une conductivité électrique élevée pour garantir des performances optimales de la cellule avant.
La production de cette électrode a nécessité un contrôle méticuleux des conditions de laboratoire pour assurer précision et cohérence. L’électrode a ensuite été empilée avec trois couches diélectriques alternant le trioxyde de tungstène (WO3) et le fluorure de lithium (LiF), formant une structure multicouche photonique cruciale pour une distribution efficace et uniforme de la lumière entre les deux cellules.
Des résultats prometteurs et des applications potentielles
Les chercheurs ont testé les performances photovoltaïques du dispositif sous un soleil d’éclairement avec un simulateur solaire et ont mesuré son efficacité quantique. Le dispositif a atteint une efficacité de conversion énergétique de 16,94%, ce qui, à ce jour, serait la plus élevée atteinte pour une cellule organique en tandem à quatre terminaux.
Cette recherche ouvre la voie à des applications potentielles dans les cellules photoélectrochimiques (PEC), répondant aux exigences électriques cruciales telles que la fourniture de la tension nécessaire pour surpasser les réactions établies de fractionnement de l’eau ou de réduction du CO2, comme dans le projet SOREC2.
La méthodologie de conception et de mise en œuvre de la structure en tandem à quatre terminaux pourrait être appliquée à la conception de nouveaux systèmes où une distribution adéquate de la lumière dans les éléments est cruciale pour les performances d’un dispositif donné.
Légende illustration : Cellule solaire organique transparente mise au point par Francisco Bernal du groupe de recherche sur la photovoltaïque organique nanostructurée de l’ICFO (©ICFO/Francisco Bernal-Texca).
Bernal-Texca, F; Martorell, J. (2024) Four-Terminal Tandem Based on a PM6:L8-BO Transparent Solar Cell and a 7nm Ag Layer Intermediate Electrode. Solar RRL. DOI: 10.1002/solr.202300728
