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Des scientifiques du Cluster RIKEN pour la recherche pionnière et du Centre RIKEN pour la science de la matière émergente ont réussi, en collaboration avec des partenaires internationaux, à créer une cellule solaire organique ultra-mince à la fois très efficace et durable. À l’aide d’un simple processus de post-recuit, ils ont créé une cellule organique flexible qui se dégrade de moins de 5% sur 3000 heures dans des conditions atmosphériques et qui a simultanément un taux de conversion d’énergie – un indicateur clé de la performance des cellules solaires – de 13%.

Une cellules solaire organique flexible

Les cellules photovoltaïques organiques sont considérées comme une alternative prometteuse aux cellules conventionnelles à base de silicium, car elles sont plus respectueuses de l’environnement et moins chères à produire. Les cellules solaires flexibles ultra-minces sont particulièrement attrayantes, car elles pourraient fournir une grande puissance et être utilisées dans diverses applications utiles telles que l’alimentation d’appareils électroniques portables et comme capteurs et actionneurs dans la robotique douce.
Toutefois, les cellules organiques ultra-minces ont tendance à être relativement peu efficaces, avec un taux de conversion énergétique d’environ 10 à 12 %, soit un taux nettement inférieur à celui des cellules en silicium, qui peut atteindre 25 %, ou à celui des cellules organiques rigides, qui peut atteindre environ 17 %. Les cellules ultraminces ont également tendance à se dégrader rapidement sous l’influence de la lumière du Soleil, de la chaleur et de l’oxygène. Les chercheurs tentent de créer des cellules ultra-minces qui sont à la fois efficaces sur le plan énergétique et durables, mais c’est souvent un compromis difficile à faire.

Un procédé de post-recuit

Dans une recherche le groupe a réussi à montrer qu’une cellule ultra-mince peut être à la fois durable et efficace. Le groupe a commencé avec un polymère semi-conducteur pour la couche donneuse, développé par Toray Industries, Inc. et a expérimenté une nouvelle idée, celle d’utiliser un récepteur sans plomb, augmentant la stabilité thermique. En plus de cela, ils ont expérimenté un simple procédé de post-recuit, où le matériau était chauffé à 150 degrés Celsius après un premier recuit à 90 degrés. Cette étape s’est avérée essentielle pour augmenter la durabilité du dispositif en créant une interface stable entre les couches.
Selon Kenjiro Fukuda, l’un des auteurs de cette étude, « En combinant une nouvelle couche de production d’énergie avec un simple traitement de post-recuit, nous avons obtenu à la fois un rendement élevé de conversion énergétique et une stabilité de stockage à long terme dans des cellules solaires organiques ultra-minces.

Elles peuvent fournir une puissance élevée de manière stable 

Nos recherches montrent que les cellules solaires organiques ultra-minces peuvent être utilisées pour fournir une puissance élevée de manière stable sur de longues périodes, et peuvent être utilisées même dans des conditions difficiles telles que des températures et un taux d’humidité élevé. J’espère vivement que ces recherches contribueront au développement de dispositifs d’alimentation électriques stables à long terme qui pourront être utilisés dans des appareils électroniques portables tels que des capteurs fixés aux vêtements ».
Cette recherche a été publiée dans PNAS.
Source : RIKEN
Crédit photo : Pexels