Des chercheurs ont développé une nouvelle méthode de production de cellules solaires organiques qui élimine le besoin de matériaux potentiellement toxiques, tout en maintenant des rendements de conversion élevés, dans une percée qui pourrait débloquer la fabrication de masse de cellules solaires de nouvelle génération.
L’innovation, réalisée par une équipe de l’Université de technologie de Chine du Sud, a été détaillée dans un rapport publié dans la revue Joule, qui détaille comment les chercheurs ont évité le besoin de solvants halogénés potentiellement toxiques dans le traitement des matériaux utilisés dans le solaire. processus de production de cellules.
Tout en utilisant des alternatives non toxiques pour produire les cellules solaires organiques, les chercheurs ont réussi à produire un module solaire organique avec une efficacité de conversion, supérieure à 14,4%, qui se classe parmi les plus haut parmi les cellules solaires organiques.
L’utilisation de solvants halogénés dans le processus de production est un obstacle à la production de masse de cellules solaires organiques. Les solvants halogénés ont des caractéristiques idéales pour une utilisation dans le traitement des cellules solaires organiques, mais les matériaux peuvent avoir des impacts importants sur la santé s’ils ne sont pas gérés correctement.
La perspective d’une utilisation à grande échelle des solvants halogénés a été une préoccupation dans l’industrie solaire, et la recherche s’est concentrée sur le développement d’alternatives non toxiques et de «solvants verts» pouvant être utilisées dans la fabrication de cellules solaires organiques.
Des chercheurs, basés au State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, ont réussi à produire des cellules solaires organiques à haut rendement sans utiliser de solvants halogénés, en utilisant un « accepteur non-fullerène » non toxique comme matériau alternatif et un côté- technique de l’ingénierie de la chaîne.
«Récemment, [les cellules solaires organiques (OSC)] ont fait de grands progrès en matière d’efficacité de conversion d’énergie (PCE). Cependant, la plupart de ces OSC sont fabriqués avec des dispositifs de petite surface à partir de solvants organiques hautement toxiques par spin-coating dans une atmosphère inerte, ce qui montre une faible compatibilité avec la production de masse », indique le document de recherche.
«Ces travaux indiquent que l’ingénierie de la chaîne latérale est une stratégie efficace pour approcher les accepteurs sans fullerène pour les modules de grande surface hautement efficaces traités par solvant non halogène.»
Les cellules solaires organiques sont apparues comme une alternative possible aux cellules solaires à base de silicium, ayant le potentiel d’être produites à un coût inférieur et la capacité d’être intégrées dans une plus large gamme de matériaux et de surfaces .
Comme les cellules solaires organiques fonctionnent à l’aide de matériaux semi-conducteurs produits par des processus chimiques, plutôt que d’être construites sur des plaquettes de silicium rigides et fragiles, les cellules solaires organiques peuvent être intégrées à des surfaces flexibles ou courbes, y compris des bâtiments et des véhicules .
L’Université de Technologie de Chine du Sud
Cependant, à ce jour, les cellules solaires organiques ont obtenu des rendements de conversion inférieurs par rapport aux cellules solaires à base de silicium, et leur déploiement a été limité à des applications de niche et a souffert de problèmes de dégradation des performances à long terme. Selon Fraunhofer ISE, les cellules solaires à base de silicium représentent toujours environ 95% du marché solaire total.
La plupart des cellules solaires organiques disponibles dans le commerce atteignent un rendement de conversion d’environ 10%, bien inférieur à celui des cellules solaires à base de silicium, qui sont maintenant généralement supérieurs à 20%.
Après avoir identifié une alternative aux solvants toxiques normalement utilisés dans la production de cellules solaires organiques, les chercheurs pensent que cette percée pourrait ouvrir le potentiel de production à l’échelle commerciale de cellules solaires organiques, ce qui réduira les coûts et incitera à poursuivre les travaux visant à améliorer l’efficacité.
Les cellules solaires organiques sont souvent associées à des cellules en silicium, en utilisant un processus de stratification qui produit des cellules « en tandem »‘, où les deux types différents de technologies de cellules solaires sont littéralement superposés. Comme les deux technologies peuvent absorber différentes parties du spectre solaire et le convertir en électricité, des rendements de conversion plus élevés peuvent être obtenus.
Plus tôt dans l’année, des chercheurs de l’Université nationale australienne ont établi un nouveau record mondial d’efficacité de conversion pour les cellules solaires en tandem, combinant une cellule solaire en silicium traditionnelle avec une cellule solaire en pérovskite, atteignant un rendement de conversion de 27,7% .
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