Comment les cellules solaires organiques pourraient devenir nettement plus efficaces
Colorants pour turbocompresseurs : les colorants organiques accélèrent le transport de l'énergie solaire tamponnée
Le soleil envoie d'énormes quantités d'énergie vers la terre. Néanmoins, une partie de cette énergie est perdue dans les cellules solaires. C'est un obstacle à l'utilisation des cellules solaires organiques, en particulier pour celles qui sont viables dans des applications innovantes. Un facteur clé pour augmenter leur performance : Améliorer le transport de l'énergie solaire stockée dans le matériau. Un groupe de recherche de l'université technique de Munich (TUM) vient de montrer que certains colorants organiques peuvent contribuer à la construction d'autoroutes virtuelles pour l'énergie.
Frank Ortmann (à droite) et Maximilian Dorfner discutent de la manière dont des molécules spécifiques peuvent accroître l'efficacité des cellules solaires organiques.
S. Reiffert / TUM
Les cellules solaires organiques sont des collecteurs d'énergie légers et extrêmement fins qui, grâce à leur revêtement flexible, s'adaptent parfaitement à presque toutes les surfaces : Les cellules solaires basées sur des semi-conducteurs organiques offrent de nombreuses possibilités d'application, par exemple sous forme de panneaux solaires et de films enroulables, ou pour une utilisation sur des appareils intelligents. Mais l'un des inconvénients de ces applications est le transport relativement faible de l'énergie collectée à l'intérieur du matériau. Les chercheurs étudient les processus de transport élémentaires des cellules solaires organiques afin de trouver des moyens d'améliorer ce transport.
Stimuler la lumière du soleil
L'un de ces chercheurs est Frank Ortmann, professeur de méthodes théoriques en spectroscopie à la TUM. Avec ses collègues de Dresde, il se concentre avant tout sur l'interaction mutuelle entre la lumière et le matériau, et plus particulièrement sur le comportement de ce que l'on appelle les excitons. "Les excitons sont un peu comme le carburant du soleil, qui doit être utilisé de manière optimale", explique M. Ortmann, qui est également membre du pôle d'excellence "e-conversion". "Lorsque l'énergie lumineuse sous forme de photon entre en collision avec le matériau d'une cellule solaire, elle est absorbée et stockée sous forme d'état excité. Cet état intermédiaire est appelé exciton". Ces charges ne peuvent pas être utilisées comme énergie électrique tant qu'elles n'atteignent pas une interface spécialement conçue à cet effet. Ortmann et son équipe viennent de montrer qu'il est possible de créer ce que l'on appelle des autoroutes de transport d'excitons à l'aide de colorants organiques.
Colorants pour turbocompresseurs
La raison pour laquelle il est si important que les excitons atteignent cette interface le plus rapidement possible est liée à leur courte durée de vie. "Plus le transport est rapide et ciblé, plus le rendement énergétique est élevé, et donc plus l'efficacité de la cellule solaire est importante", explique M. Ortmann. Les molécules des colorants organiques, appelées mérocyanines quinoïdes, rendent cela possible grâce à leur structure chimique et à leur excellente capacité d'absorption de la lumière visible. Par conséquent, ils peuvent également être utilisés comme couche active dans une cellule solaire organique, explique M. Ortmann.
Des paquets d'énergie sur la voie rapide
À l'aide de mesures spectroscopiques et de modèles, les chercheurs ont pu observer la course des excitons à travers les molécules de colorant. "La valeur de 1,33 électron-volt fournie par notre conception est bien supérieure aux valeurs trouvées dans les semi-conducteurs organiques - on pourrait dire que les molécules de colorant organique forment une sorte d'autoroute", ajoute M. Ortmann. Ces nouvelles découvertes fondamentales pourraient ouvrir la voie à un transport ciblé et plus efficace des excitons dans la matière organique solide, accélérant ainsi le développement de cellules solaires organiques et de diodes électroluminescentes organiques encore plus performantes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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