Des ajustements moléculaires améliorent l’efficacité des cellules solaires organiques
par Riko Seibo
Osaka, Japon (SPX) 15 septembre 2024
Les cellules solaires organiques (CSO) offrent une different prometteuse aux cellules solaires inorganiques traditionnelles, grâce à des caractéristiques telles que la chimie réglable qui permet aux scientifiques de modifier précisément leurs propriétés pour améliorer leurs performances. Des chercheurs au Japon ont maintenant utilisé cette capacité de réglage pour obtenir une efficacité de conversion de puissance plus élevée dans les CSO.
Une étude récente publiée dans « Angewandte Chemie Worldwide Version » par des chercheurs de l’Université d’Osaka rapporte le développement d’un nouveau semi-conducteur organique qui surpasse l’efficacité de conversion de puissance des modèles requirements.
Les OSC sont légers, flexibles et peuvent être produits en masse à des coûts relativement faibles, ce qui les rend particulièrement adaptés à des purposes telles que l’agrivoltaïque, où de vastes zones sont utilisées à la fois pour l’agriculture et la manufacturing d’énergie solaire.
En règle générale, les cellules solaires organiques sont constituées de deux semi-conducteurs organiques : l’un qui transporte les électrons (l’accepteur) et l’autre qui transporte les trous (le donneur). Lorsque les excitons (combinaisons d’électrons et de trous positifs) se divisent en leurs composants, un courant est généré. Le défi consiste à briser ces excitons étroitement liés avec suffisamment d’énergie solaire pour créer un courant utilisable.
« En réduisant la quantité d’énergie nécessaire pour briser un exciton – l’énergie de liaison de l’exciton – il est plus facile de convertir la lumière en courant désiré », explique Seihou Jinnai, auteur principal de l’étude. « Nous nous sommes donc concentrés sur les facteurs qui contribuent à l’énergie de liaison, dont l’un est la distance entre l’électron et le trou. Si celle-ci augmente, l’énergie de liaison devrait diminuer. »
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu une molécule avec des unités latérales qui séparaient les events de la molécule responsables de la rétention de l’électron et du trou. Cette molécule a été testée comme accepteur dans un OSC à hétérojonction en vrac aux côtés d’un matériau donneur, et le système a démontré une efficacité de conversion de puissance améliorée par rapport aux modèles normal. Elle a également bien fonctionné en tant que seul composant d’un OSC, convertissant efficacement la lumière en courant.
« La molécule que nous avons conçue montre que la nature des unités latérales dans les molécules acceptrices est essentielle au comportement de l’exciton et à son efficacité en conséquence », a déclaré Yutaka Ie, auteur principal de l’étude. « Ce résultat fournit une démonstration importante de ce qui peut être réalisé en ajustant la chimie pour les purposes OSC. »
Les recherches suggèrent que la conception rationnelle des semi-conducteurs organiques pourrait conduire au développement de nouveaux OSC à hautes performances, notamment des modèles transparents sélectifs en longueur d’onde. De telles avancées devraient améliorer le rôle des OSC dans les purposes photovoltaïques à grande échelle, contribuant ainsi à des options énergétiques durables.
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Université d’Osaka
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