Des chercheurs de l’Université de Paderborn aux États-Unis ont franchi une étape notable dans l’optimisation des cellules solaires. Leur étude dévoile un concept novateur susceptible de transformer l’efficacité de ces dispositifs.
Le Professeur Dr Wolf Gero Schmidt, physicien et doyen de la Faculté des Sciences Naturelles à l’Université de Paderborn, souligne l’abondance de l’énergie solaire, qui surpasse de loin la demande énergétique mondiale. Malgré la prédominance des cellules solaires en silicium sur le marché, ces dernières atteignent leurs limites en termes d’efficacité, notamment à cause de la conversion partielle de la radiation en chaleur indésirable.
La couche organique de tetracène : un levier d’efficacité
Le professeur Schmidt explique que l’ajout d’une couche organique, comme le tetracène, à la cellule solaire en silicium, permet d’absorber la lumière à courte longueur d’onde et de la convertir en excitations électroniques de haute énergie, les excitons. Ces derniers se décomposent ensuite en deux excitations de basse énergie qui, si transférées avec succès vers la cellule solaire en silicium, peuvent être converties efficacement en électricité.
Une avancée décisive pour le transfert d’énergie
L’équipe du Professeur Schmidt a utilisé des simulations informatiques complexes pour étudier le transfert d’excitation du tetracène vers le silicium. Ces recherches, menées au Centre de Calcul Parallèle de Paderborn (PC2), ont révélé que des défauts spécifiques, sous forme de liaisons chimiques insaturées à l’interface entre le film de tetracène et la cellule solaire, accélèrent considérablement le transfert des excitons.
Contrairement à l’association habituelle des défauts avec des pertes d’énergie, ces défauts se révèlent cruciaux pour un transfert d’énergie rapide. Les simulations informatiques ont fourni des indications précises pour la conception d’une nouvelle génération de cellules solaires à l’efficacité nettement améliorée.
En synthèse
Les travaux représentent une contribution significative à l’amélioration des technologies photovoltaïques. En exploitant les propriétés du tetracène et en comprenant mieux les mécanismes de transfert d’énergie au niveau moléculaire, les scientifiques ouvrent la voie à des cellules solaires plus performantes.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le tetracène et quel est son rôle dans les cellules solaires?
Le tetracène est un matériau organique semi-conducteur qui, lorsqu’il est ajouté à une cellule solaire, permet d’absorber la lumière à courte longueur d’onde et de la convertir en excitations électroniques, augmentant ainsi l’efficacité de la cellule.
Comment les défauts peuvent-ils améliorer le transfert d’énergie?
Les défauts à l’interface entre le tetracène et la cellule solaire créent des états électroniques qui facilitent le transport des excitations électroniques, agissant comme un «ascenseur» pour l’énergie.
Quelle est la principale limitation des cellules solaires en silicium actuelles?
Les cellules solaires en silicium sont limitées par leur efficacité, en partie à cause de la conversion d’une partie de l’énergie lumineuse en chaleur plutôt qu’en électricité.
Quel est l’impact potentiel de cette recherche sur l’industrie de l’énergie solaire?
Cette recherche pourrait conduire à la production de cellules solaires avec une efficacité significativement accrue, ce qui aurait un impact positif sur la compétitivité et l’adoption de l’énergie solaire.
Quelle est la prochaine étape après ces découvertes?
La prochaine étape consistera à appliquer les résultats des simulations informatiques pour fabriquer et tester des cellules solaires réelles avec la couche de tetracène optimisée.
Références
Légende illustration : (De gauche à droite) Les auteurs Prof Dr Uwe Gerstmann, Dr Marvin Krenz et Prof Dr Wolf Gero Schmidt avec leur poster sur le transport de l’énergie dans la cellule solaire. Crédit : Paderborn University, Besim Mazhiqi
Article: « Defect-Assisted Exciton Transfer across the Tetracene-Si(111):H Interface ». DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.076201
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