Découvrir le secret du succès des cellules solaires à polymère ternaire

Découvrir le secret du succès des cellules solaires à polymère ternaire

Crédit : LuYago/Shutterstock

Les cellules solaires joueront sans aucun doute un rôle important dans un avenir énergétique durable. Les cellules solaires polymères (PSC) constituent spécifiquement une excellente option car elles sont peu coûteuses à produire et peuvent être à la fois flexibles et semi-transparentes. Les cellules solaires en polymère ternaire montrent des efficacités de conversion de puissance encourageantes, mais on ne sait pas toujours pourquoi. Maintenant, des chercheurs de l’Université de Tsukuba et de l’Université d’Hiroshima ont examiné de plus près les PSC en fonctionnement. Leurs conclusions sont publiées dans npj Électronique Flexible.

Les PSC contiennent généralement un matériau qui est le semi-conducteur de type p mélangé avec un autre qui est le semi-conducteur de type n. Ce mélange donne la bonne combinaison de porteurs de charge – trous et électrons – pour qu’un courant circule lorsque la lumière du soleil brille sur la cellule.

Les mélanges avec ces deux composants sont connus sous le nom de PSC binaires. Cependant, il a récemment été découvert que l’ajout d’un ingrédient supplémentaire au mélange – donnant ce que l’on appelle un PSC ternaire – peut améliorer l’efficacité de conversion de puissance (PCE) et la stabilité de la cellule solaire. Le problème, c’est que jusqu’à présent, personne n’a étudié à fond pourquoi.

Les chercheurs ont donc effectué une spectroscopie par résonance de spin électronique (ESR) pendant que le PSC fonctionnait. Cela leur a permis d’observer le comportement des électrons et des trous lorsque la cellule était irradiée par la lumière du soleil et d’obtenir des réponses au niveau moléculaire.

“Il a été rapporté que l’accumulation de charge au fil du temps contribue à la détérioration des performances des cellules”, expliquent l’auteur de l’étude, le professeur Itaru Osaka, et l’auteur correspondant, le professeur Kazuhiro Marumoto. “Nous avons donc utilisé l’ESR pour examiner un système composé du polymère PTzBT et de la grande molécule PC61BM. Il a été constaté que l’ajout d’une molécule acceptrice, connue sous le nom d’ITIC, à ce système améliore le PCE et la stabilité de la cellule, nous examiné de près les cellules avec et sans ITIC pour déterminer pourquoi.”

L’expérience de spectroscopie ESR a montré que le courant de court-circuit diminuait en raison de l’accumulation d’électrons dans le PC61BM et de trous dans le PTzBT. L’ajout d’ITIC s’est avéré réduire cette accumulation en améliorant l’orientation des molécules de polymère PTzBT en forme de chaîne dans la couche active.

“Être capable de comprendre pourquoi quelque chose fonctionne est important pour s’assurer que les effets sont optimisés à leur plein potentiel”, déclare l’auteur correspondant de l’étude, le professeur Kazuhiro Marumoto. “En obtenant une image au niveau moléculaire des effets de l’ITIC sur un système PSC très prometteur, nous pensons avoir fait un pas de plus vers la réalité commerciale des cellules solaires polymères dans le cadre d’un avenir plus vert.”


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Plus d’information:
Dong Xue et al, Mécanisme d’amélioration de la stabilité dû à une accumulation de charge moindre dans les cellules solaires à polymère ternaire, npj Électronique Flexible (2022). DOI : 10.1038/s41528-022-00153-z

Fourni par l’Université de Tsukuba

Citation: Uncovering the secret of terary polymer solar cell success (2022, 21 avril) récupéré le 21 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-uncovering-secret-ternary-polymer-solar.html

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