De nouvelles informations sur la perte d’énergie ouvrent des portes à une technologie solaire en plein essor

Les cellules solaires organiques sont une technologie émergente pleine de promesses. Contrairement aux panneaux solaires en silicium omniprésents, ils sont légers, flexibles et susceptibles de présenter une variété de couleurs, ce qui les rend particulièrement attrayants pour les applications urbaines ou de façade. Cependant, les progrès continus dans les performances des appareils ont été lents, car les chercheurs ont du mal à comprendre les mécanismes fondamentaux sous-jacents au fonctionnement des cellules solaires organiques.

Aujourd’hui, des ingénieurs de l’Université de Princeton et de l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah décrivent une nouvelle façon de révéler la dissipation d’énergie dans les cellules solaires organiques et étendent cette description pour faire des recommandations sur les meilleures conceptions d’appareils. Cette percée pourrait révolutionner les méthodes conventionnelles de construction de cellules solaires organiques. Leur travail a été publié le 18 novembre Zool.

“Il y avait une manière traditionnelle de décrire et de définir la perte d’énergie dans les cellules solaires organiques. Et il s’avère que cette description n’était pas tout à fait correcte”, a déclaré Barry Rand, co-auteur de l’étude et professeur agrégé de génie électrique et informatique au Andlinger Center. pour l’énergie et l’environnement.

Rand souligne que la manière traditionnelle de décrire la perte d’énergie ne tient pas compte de la présence de désordre dans une cellule solaire organique. Un type de désordre, le désordre cinétique, est causé par un mouvement irrégulier des molécules au niveau micro, entraînant une perte d’énergie presque inévitable à la plupart des températures. Un autre type, le désordre structurel ou statique, est un produit de la structure sous-jacente des divers composants utilisés dans une cellule solaire organique, ainsi que de leur disposition à l’intérieur d’un appareil.

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Des recherches antérieures sur les cellules solaires organiques qui ne tenaient pas compte du chaos dans les calculs de perte d’énergie ont trouvé une valeur d’environ 0,6 électron-volt, quel que soit le matériau de l’appareil. Mais lorsque Rand et son équipe ont pris en compte le chaos dans la façon dont ils calculent la perte d’énergie et ont testé différents appareils, ils ont découvert que le degré de chaos joue un rôle important dans la détermination de la perte d’énergie globale. Une cellule solaire organique.

“À mesure que le désordre des cellules solaires augmente, nous voyons notre composante de perte d’énergie non radiative – la composante sur laquelle nous avons le contrôle – augmenter de façon exponentielle”, a déclaré Rand. “La perte d’énergie non radiative augmente avec le carré de la composante de désordre.”

Ayant conduit à une forte augmentation de la perte d’énergie dans les appareils avec un encombrement accru, les chercheurs ont pu faire des recommandations pour des matériaux qui réduisent l’encombrement et conduisent donc à des appareils plus efficaces. Parce que les scientifiques peuvent choisir les matériaux qu’ils utilisent et comment ils sont disposés dans une cellule solaire organique, ils ont un certain contrôle sur le niveau de désordre structurel dans un appareil donné.

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Lors de la conception d’une cellule solaire organique, les chercheurs peuvent se concentrer sur la création d’un mélange homogène de matériaux, où les parties d’un film sont soit toutes cristallines, soit toutes amorphes, ou un mélange hétérogène, où certaines parties d’un film sont cristallines et d’autres parties sont cristallines. informe

Grâce à leurs travaux, l’équipe de Rand a montré que lorsqu’il s’agit de fabriquer des cellules solaires organiques, les mélanges homogènes règnent en maître. Pour des cellules solaires organiques plus efficaces, Rand a déclaré que les scientifiques devraient utiliser des matériaux hautement cristallins ou hautement amorphes et éviter de mélanger les deux dans un seul appareil.

“Si vous en avez, des variations où des parties d’un film sont légèrement cristallines et des parties amorphes, c’est là que vous perdez le plus d’énergie”, a déclaré Rand.

Ce constat est en rupture avec la norme, car les chercheurs pensaient auparavant qu’un certain niveau d’hétérogénéité dans la composition des cellules solaires était bénéfique pour les performances globales. Mais parce que l’équipe de Rand a découvert que des mélanges d’appareils hétérogènes présentent des niveaux élevés de désordre et perdent des quantités importantes d’énergie, il a déclaré que leurs découvertes pourraient fournir de nouvelles orientations aux chercheurs alors qu’ils recherchent des cellules solaires organiques plus efficaces.

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« La disparité a souvent été au cœur du dispositif. Un certain niveau de cristallinité a été considéré comme bénéfique. Mais il s’avère que ce n’est pas ce que nous avons vu », a déclaré Rand. Il a noté que bon nombre des cellules solaires organiques les plus performantes d’aujourd’hui sont composées de films hautement amorphes et a suggéré qu’avec les technologies existantes, les composites entièrement amorphes sont plus réalistes que ceux entièrement cristallins.

Bien que les recherches de son équipe aient principalement cherché à comprendre la science derrière les cellules solaires organiques, Rand espère que d’autres pourront utiliser leur travail pour créer des dispositifs plus efficaces et finalement atteindre de nouveaux critères de performance pour cette technologie solaire prometteuse.

“Cette découverte est un autre aspect des cellules solaires organiques que nous pouvons ajouter à ce que nous savons déjà, ce qui nous aidera à améliorer leur efficacité à l’avenir”, a déclaré Rand.

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