Efficacité record des cellules solaires entièrement organiques !
Alors que les panneaux solaires conventionnels génèrent des déchets problématiques, les cellules solaires à base de carbone offrent une alternative respectueuse de l'environnement
Alors que les efforts mondiaux pour lutter contre le changement climatique se poursuivent, la demande d'énergie solaire augmente. Cependant, les panneaux solaires à base de silicium les plus utilisés actuellement contiennent une variété de substances dangereuses, et leur élimination ou leur recyclage a un impact sur l'environnement et nécessite des coûts importants. Le même problème se pose pour les cellules solaires à film de la prochaine génération, telles que les cellules solaires à base de pérovskite, car elles contiennent également des matériaux potentiellement dangereux tels que des composés de plomb et des oxydes métalliques. Pour éviter ces problèmes d'élimination et révéler une source d'énergie respectueuse de l'environnement, les scientifiques ont cherché des cellules solaires à film composées entièrement de matériaux à base de carbone (cellules solaires entièrement organiques). Sans métaux dangereux, elles peuvent être incinérées en toute sécurité comme les plastiques ordinaires, ce qui réduira considérablement l'impact sur l'environnement et les coûts d'élimination. Malgré ces avantages, les cellules solaires entièrement organiques présentent actuellement un très faible rendement de conversion de puissance (PCE), d'environ 4 % au maximum, ce qui est bien inférieur aux cellules solaires classiques au silicium (> 27 %) et aux cellules solaires à pérovskite (> 26 %). On s'attend donc à des avancées technologiques intensives pour les cellules solaires entièrement organiques à haute performance.
Masahiro Nakano, professeur associé à l'Institut des sciences et de l'ingénierie, Faculté de chimie, Université de Kanazawa, a collaboré avec des scientifiques de REIKO Co. (Junichi Iwai, président) et de l'université Queen's de Kingston, au Canada, et a réussi à mettre au point des cellules solaires entièrement organiques présentant le rendement le plus élevé au monde. Alors que les performances des cellules solaires entièrement organiques précédentes étaient limitées à environ 4 % d'ECP, les cellules nouvellement développées atteignent un rendement plus de deux fois supérieur à celui des cellules précédentes.
Deux problèmes majeurs avaient auparavant entravé les performances des cellules solaires entièrement organiques. Tout d'abord, la disponibilité de matériaux d'électrodes organiques transparents hautement conducteurs adaptés aux cellules solaires de type film est limitée. Certains matériaux organiques à haute conductivité ont été signalés, mais leur préparation nécessitait des acides forts, des bases ou un recuit à haute température (> 150 °C), ce qui risquait d'endommager les films de substrat organiques et les couches semi-conductrices organiques. Pour remédier à ce problème, l'équipe de recherche a mis au point une électrode transparente basée sur le polymère conducteur PEDOT:PSS. L'électrode à base de PEDOT:PSS peut être fabriquée à une température plus basse (80°C) sans utiliser d'acides ou de bases, et elle présente une conductivité suffisante (résistance de la feuille : <70 Ω/sq.) pour les cellules solaires de type film.
Le deuxième problème est la difficulté d'empiler plusieurs couches dans le dispositif de cellule solaire à film sans endommager les couches sous-jacentes. Dans les procédés de mise en solution, les encres des couches supérieures peuvent endommager les couches inférieures. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont mis au point une "méthode de laminage des électrodes en nanotubes de carbone". Cette technique consiste à former des électrodes séparément sur les films barrières des cellules solaires, puis à les fixer sur le dispositif, afin d'éviter d'endommager les films organiques inférieurs lors de la fabrication des électrodes. En combinant la nouvelle électrode organique transparente et la méthode de fabrication, l'équipe de recherche a réussi à mettre au point des cellules solaires entièrement organiques dont l'efficacité de conversion de l'énergie (8,7 %) est plus de deux fois supérieure à celle des modèles précédents (4,0 %). Cette avancée représente une étape cruciale vers l'application pratique des cellules solaires entièrement organiques à haute performance.
À l'avenir, les cellules solaires entièrement organiques sont très prometteuses pour des applications dans des domaines sensibles à l'environnement, tels que les terres agricoles et les dispositifs portables. Leur légèreté et leur souplesse permettent également de les installer dans des endroits où les panneaux solaires conventionnels ne seraient pas pratiques. L'équipe de recherche a pour objectif d'accroître encore les performances en améliorant la conductivité des électrodes organiques.
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.
Publication originale
Keiju Hashida, Akihiro Konishi, Hiroyuki Itaya, Kenji Takahashi, Md. Shahiduzzaman, Makoto Karakawa, Tetsuya Taima, Tatsuya Arashitani, Kimio Kawai, Ryo Nishiyama, Kohshin Takahashi, Jean‐Michel Nunzi, Masahiro Nakano; "Unlocking High‐Performance in All‐Organic Solar Cells by the Development of Organic Electrodes with No Acid and High‐Temperature Treatment and the Effective Preparation Thereof on Organic Multilayer Films"; Advanced Functional Materials, 2025-2-7
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