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Des cellules solaires à haut rendement à base de plastique

Dans le cadre d'une évolution qui pourrait accélérer l'exploitation commerciale de l'énergie solaire, des chercheurs financés par l'UE ont développé des cellules solaires à colorants à haut rendement de conversion qui peuvent rivaliser avec les dispositifs photovoltaïques traditionnels grâce à l'utilisation de structures photoniques souples.
Des cellules solaires à haut rendement à base de plastique
Les cellules solaires à colorants (DSSC) sont une source prometteuse d'énergie propre, présentant le potentiel d'être peu coûteuses et d'avoir des rendements de conversion énergétique élevés même avec du temps nuageux et des conditions de lumière artificielle. Cependant, produire des DSSC qui sont à la fois hautement transparents et qui ont des rendements de conversion énergétique élevés reste un défi. Cela limite leur utilisation dans les dispositifs photovoltaïques intégrés dans les bâtiments et les véhicules.

Dans le cadre du projet INPHOFLEX (Integration of photonic nanostructures in flexible dye solar cells), financé par l'UE, des chercheurs ont trouvé un moyen de contourner ce compromis entre transparence et rendement en utilisant de nouvelles nanostructures photoniques.

En utilisant la compression physique, l'équipe a commencé par fabriquer une DSSC sur un substrat plastique, atteignant un taux de rendement énergétique de 6,4 %. Elle a ensuite effectué des expériences en préparant des réseaux optiques multicouches avec des pics de réflexion optique intenses bien définis aux gammes spectrales souhaitées. De nouvelles méthodes ont été développées pour déposer directement des cristaux photoniques sur des anodes photosensibilisées à base de titane comme réflecteurs arrière. La réponse spectrale des cristaux photoniques a été réglée de manière fine dans différentes gammes pour couvrir les régions bleue, verte et rouge de la lumière visible.

Les résultats ont montré que les DSSC souples avec les cristaux photoniques intégrés présentaient une meilleure densité de courant de court-circuit et un meilleur rendement de conversion énergétique par rapport aux cellules de taille similaire sans cristaux photoniques. Même après torsion des miroirs arrière, le rendement de la cellule solaire initiale était conservé.

Pour optimiser davantage la conception des DSSC à base de plastique, les chercheurs ont introduit des diffuseurs de lumière à distributions aléatoires dans la cellule pour renforcer l'absorption de lumière. De plus, ils ont ajouté une couche d'adhésion à l'électrode pour augmenter la collecte de charge.

Le projet INPHOFLEX a démontré qu'il était possible d'obtenir des DSSC souples et légères avec une couleur réglable, un meilleur rendement et une plus grande transparence. Ce type de cellules solaires est très prometteur pour une utilisation en extérieur comme dans les dispositifs photovoltaïques intégrés dans les bâtiments et les installations portables rechargeables, qui devraient connaître une croissance significative au cours des prochaines années.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Cellules solaires à colorants, rendement de conversion, photovoltaïque intégré, INPHOFLEX, cristaux photoniques