Nouvelle géométrie pour un meilleur rendement solaire

Bien que les cellules solaires réalisées à base de silicium atteignent des rendements de l’ordre de 15%, leur coût de fabrication important et leur poids élevé sont des obstacles à leur utilisation massive par les particuliers ou les industriels.

Le photovoltaïque organique peut constituer une alternative intéressante pour réduire considérablement le coût et le poids des cellules, mais les rendements actuels des cellules tout organique sont encore trop faibles (moins de 5%) pour que cette filière puisse être considérée comme viable.

Une des difficultés importantes qui limite le rendement réside dans la faible longueur de diffusion des excitons dans le polymère (de l’ordre de 20 nm), avec pour conséquence qu’une partie importante des photons n’est pas absorbée. Pour tenter de surmonter ce problème, certaines équipes tentent de réaliser des réseaux interpénétrés de polymères donneur et accepteur qui augmentent ainsi l’efficacité de dissociation des excitons en volume.

Une autre voie intéressante est proposée par une équipe de chercheurs de Wake Forest University, qui consiste à remplacer la structure planaire utilisée habituellement par une structure coaxiale réalisée à partir d’une fibre optique multimode. Une fine couche conductrice d’ITO (Indium Tin Oxide) transparente est tout d’abord déposée par un procédé sol-gel sur le coeur de la fibre dont on a préalablement supprimé l’enveloppe. Un premier film polymère est déposé sur l’ITO par trempage dans une solution du précurseur, et après séchage, un deuxième film polymère du deuxième composant est réalisé par la même méthode de trempage. Les deux films polymères donneur et accepteur ont une épaisseur totale d’environ 300 nm.

L’ensemble est ensuite recouvert par évaporation thermique d’une couche conductrice (Al/LiF) très mince (environ 300 nm) qui joue le rôle de deuxième électrode. On obtient ainsi une structure coaxiale, dans laquelle la jonction p/n est radiale. Sous illumination dans l’axe de la fibre, les photons se propagent le long du coeur de la fibre et au cours des multiples réflexions, pénètrent dans la partie organique électroactive où ils génèrent les paires électron-trou. Les photons non absorbés traversent le polymère et sont réfléchis sur la couche conductrice extérieure et dirigés à nouveau sur l’hétérojonction polymère, où ils peuvent encore être absorbés. On augmente ainsi sensiblement le taux de génération des excitons, ainsi que la surface d’interaction.

Pour l’instant, avec cette technique, les chercheurs ont obtenu un rendement de conversion de l’ordre de 6%, mais ils espèrent atteindre un rendement maximal de 14%.

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