Une étude montre que l'imagerie tridimensionnelle conduit à une plus grande efficacité solaire-cellule
Des chercheurs allemands et néerlandais ont produit les premières images tridimensionnelles de structures à l'échelle nano à l'intérieur d'une cellule solaire polymère. Publiés dans la revue Nature Materials, les résultats offrent de nouveaux aperçus sur la structure des cellules solaires et pourraient permettre d'améliorer leur performance. Les cellules solaires polymères sont des cellules solaires plastiques avec des propriétés uniques capables de donner de meilleurs résultats que les cellules solaires en silicium à moindre coût. Jusqu'à présent, les cellules solaires polymères n'étaient pas parvenues à capturer la lumière afin de la transformer en énergie. Traditionnellement, les cellules solaires se basaient sur un cristal de silicium raffiné, hautement purifié, semblable à ceux utilisés dans la fabrication de circuits intégrés et de puces informatiques. Le coût élevé de ces cellules solaires en silicium et leur processus de production complexe sont une force motrice se cachant derrière le développement des technologies photovoltaïques alternatives. Les cellules solaires polymères, appelées «cellules solaires de troisième génération», sont légères, à coût bas, flexibles, et peuvent être modifiées au niveau moléculaire. Jusqu'à présent, la visualisation des polymères à l'échelle nano était problématique. Les chercheurs de l'institut de Stochastics à Ulm, en Allemagne, ont obtenu des images hautement détaillées des structures à l'échelle nano chez des cellules solaires polymères à l'aide de la tomographie à électron tridimensionnelle (3DET). 3DET est un outil courant permettant de mesurer les structures des composants cellulaires à la résolution du nanomètre. En utilisant le microscope à électron de transmission, les chercheurs ont pu visualiser les moyens d'améliorer l'efficacité de conversion de la puissance des cellules solaires polymères en changeant les composants utilisés dans leur fabrication. Les cellules solaires hybrides sont faites à partir du mélange de deux différents matériaux, un polymère et un oxyde de métal. Lorsque la lumière solaire éclaire les cellules solaires produites, des charges sont créées là où les matériaux se rencontrent. La relation précise entre le polymère et l'oxyde de métal détermine l'efficacité de la cellule solaire. Si les deux sont étroitement mélangés, cela crée alors une structure cellulaire très dense, ce qui signifie davantage d'engorgement et une efficacité moindre. En fabricant une cellule à structure plus spacieuse, les chercheurs espèrent réduire les obstacles au flux d'énergie au point de collecte. Cela offrirait à la cellule solaire une plus grande efficacité en matière de production d'énergie. Les chercheurs néerlandais ont pu créer cette structure plus large à l'aide d'un composant précurseur qui se mélange avec le polymère. Il est converti en un oxyde de métal à une étape ultérieure. L'utilisation de la visualisation tridimensionnelle a montré l'importance du mélange et la morphologie de la cellule solaire. Cela a permis aux chercheurs de mesurer une corrélation cohérente et quantitative entre la performance de la cellule solaire et la structure sous-jacente des cellules solaires avec des structures cellulaires variées. Le rapport conclut que les cellules solaires polymères produites au cours de l'expérience étaient parmi les cellules de troisième génération les plus efficaces jamais produites. Toutefois, leur efficacité de conversion n'est que de 2% comparé au taux des 30% que l'on rencontre fréquemment dans les cellules de première génération. Une étude plus approfondie des polymères, de l'oxyde de métal et de leurs cellules solaires polymères est nécessaire afin d'atteindre l'objectif de la technologie. L'utilisation de l'imagerie tridimensionnelle des nanostructures pourrait apporter un progrès encore plus rapide dans ce domaine de recherche.
Pays
Allemagne, Pays-Bas