Des chercheurs de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) ont atteint une efficacité de conversion d’énergie (PCE) révolutionnaire de 19,31 % avec des cellules solaires organiques (OSC), également connues sous le nom de cellules solaires polymères. Cette efficacité OSC binaire remarquable contribuera à améliorer les applications de ces dispositifs d’énergie solaire avancés.
Le PCE (rendement de conversion de puissance), une mesure de la puissance générée à partir d’une irradiation solaire donnée, est considéré comme une référence importante pour la general performance des panneaux photovoltaïques (PV), ou panneaux solaires, dans la output d’électricité. L’amélioration de l’efficacité de additionally de 19 % obtenue par les chercheurs de PolyU constitue un history pour les OSC binaires, qui ont un donneur et un accepteur dans la couche photoactive.
Dirigée par le professeur LI Gang, professeur titulaire de la chaire de technologie de conversion d’énergie et professeur doté Sir Sze-Yen Chung en énergie renouvelable à PolyU, l’équipe de recherche a inventé une nouvelle system de régulation de la morphologie OSC en utilisant le 1,3,5-trichlorobenzène comme cristallisation régulateur. Cette nouvelle system améliore l’efficacité et la stabilité de l’OSC.
L’équipe a développé une stratégie de manipulation d’état intermédiaire (ISM) non monotone pour manipuler la morphologie des OSC à hétérojonction en vrac (BHJ), qui optimise simultanément la dynamique de cristallisation et la perte d’énergie des OSC non fullerènes. Contrairement à la stratégie d’utilisation d’additifs solvants traditionnels, qui est basée sur une agrégation moléculaire abnormal dans les films, la stratégie ISM favorise la formation d’un empilement moléculaire plus ordonné et d’une agrégation moléculaire favorable. En conséquence, la PCE a été considérablement augmentée et la perte de recombinaison non radiative indésirable a été réduite. Notamment, la recombinaison non radiative diminue l’efficacité de la génération de lumière et augmente la perte de chaleur.
Les découvertes de l’équipe de recherche sont décrites dans l’étude “19.3% Binary Organic Photo voltaic Mobile and Reduced Non-Radiative Recombination Enabled by Non-Monotonic Intermediate State Changeover” publiée dans Mother nature Communications. La conversion de l’énergie solaire en électricité est une technologie essentielle pour parvenir à un environnement long lasting. Bien que les OSC soient des dispositifs prometteurs qui exploitent l’énergie solaire de manière rentable, leur efficacité doit être améliorée s’ils doivent être largement utilisés dans des programs pratiques.
Les cellules solaires organiques à base d’accepteurs non fullerènes représentent la frontière de la recherche dans le domaine du photovoltaïque organique en raison des innovations de manipulation des matériaux et de la morphologie. Néanmoins, la suppression des pertes de recombinaison non radiative et l’amélioration des performances sont au centre de la recherche sur les cellules organiques.
Le professeur Li a déclaré : « Les défis de la recherche provenaient des méthodes existantes de contrôle de la morphologie de référence basées sur les additifs, qui souffrent d’une perte de recombinaison non radiative, abaissant ainsi la tension en circuit ouvert en raison d’une agrégation abnormal. L’équipe de recherche a mis approximativement deux ans à concevoir une stratégie ISM non monotone pour augmenter l’efficacité de l’OSC et réduire la perte de recombinaison non radiative. La publication de l’étude promet de galvaniser la recherche de l’OSC.
Le professeur Li a déclaré : « Cette nouvelle découverte fera de la recherche OSC un domaine passionnant, et cela créera probablement d’énormes opportunités dans des applications telles que l’électronique portable et les systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment. La nouvelle porte s’ouvrira lorsque les OSC à jonction straightforward à faible coût pourront atteindre un PCE de furthermore de 20 %, ainsi que des performances plus stables et d’autres avantages uniques tels que la flexibilité, la transparence, l’extensibilité, le faible poids et la couleur réglable.
Le professeur Li a été reconnu comme chercheur hautement cité 9 années de suite depuis 2014, ce qui témoigne de son impression significatif sur la recherche mondiale. Ses contributions pionnières à la recherche sur les cellules solaires polymères depuis 2005 ont apporté une impact long lasting sur le développement de l’énergie solaire imprimable avec une reconnaissance mondiale.
Soutenant la recherche sur le domaine OPV, l’étude du professeur LI intitulée “Cellules photovoltaïques polymères transformables en option à haut rendement par auto-organisation de mélanges de polymères”, a été publiée sur Character Supplies en 2005. Cela représentait la percée de recherche de première génération d’OPV qui a alimenté la technologie solaire de cette étude frontalière.
En 2010, l’étude du professeur LI intitulée “For the Bright Long run — Bulk Heterojunction Polymer Photo voltaic Cells with Electricity Conversion Effectiveness of 7.4%” a été publiée sur Highly developed Resources.
Le professeur Li a déclaré : « La dernière étude montre une faible perte de recombinaison non radiative report de, 168 eV dans un OSC binaire avec un PCE de additionally de 19 %. C’est un résultat très encourageant pour la recherche de longue date sur les OSC que j’ai. menées au cours des deux dernières décennies. Nous avons déjà atteint une meilleure efficacité de l’OSC, ce qui contribuera par la suite à accélérer les apps de l’énergie solaire. »
Références : Mother nature Products 4, 864-868 (2005). Cellules photovoltaïques polymères transformables en resolution à haut rendement par auto-organisation de mélanges de polymères. Matériaux avancés Vol. 22, numéro 20 (2010). Pour un avenir radieux – Cellules solaires polymères à hétérojonction en vrac avec une efficacité de conversion de puissance de 7,4 %.