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De nouvelles informations sur la perte d'énergie ouvrent les portes à une technologie solaire prometteuse

Les cellules solaires organiques sont une technologie émergente pleine de promesses. Contrairement au panneau solaire en silicium omniprésent, ils ont le potentiel d’être légers, flexibles et de présenter une variété de couleurs, ce qui les rend particulièrement attrayants pour les purposes urbaines ou de façade. Cependant, les progrès continus dans les performances des appareils ont été lents alors que les chercheurs s’efforcent de comprendre les processus fondamentaux sous-jacents au fonctionnement des cellules solaires organiques.

Maintenant, des ingénieurs de l’Université de Princeton et de l’Université des sciences et systems du roi Abdallah ont décrit une nouvelle façon d’exprimer la perte d’énergie dans les cellules solaires organiques et ont étendu cette description pour faire des recommandations pour concevoir les meilleurs appareils. Cette percée pourrait réinventer l’approche conventionnelle de la building de cellules solaires organiques. Leur travail a été publié le 18 novembre dans Joule.

“Il y avait une façon 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 et le Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement.

Rand a souligné que la méthode traditionnelle de description de la perte d’énergie ne tenait pas compte de la présence de désordre dans une cellule solaire organique. Un form de désordre, le désordre dynamique, est causé par le mouvement erratique des molécules au niveau micro, entraînant une perte d’énergie pratiquement inévitable à la plupart des températures. L’autre form, le désordre structurel ou statique, est un produit des buildings intrinsèques des différents matériaux utilisés dans une cellule solaire organique, ainsi que de leur disposition à l’intérieur d’un dispositif.

Des recherches antérieures sur les cellules solaires organiques qui ne tenaient pas compte du désordre dans les calculs de perte d’énergie ont donné des valeurs d’environ, 6 électron-volt, quels que soient les matériaux de l’appareil. Mais lorsque Rand et son équipe ont intégré le désordre dans la façon dont ils ont calculé la perte d’énergie et testé divers appareils, ils ont découvert que le niveau de désordre jouait un rôle vital dans la détermination de la perte d’énergie globale d’une cellule solaire organique.

« À mesure que le désordre d’une cellule solaire augmente, nous voyons notre composante de perte d’énergie non radiative – la composante sur laquelle nous avons le contrôle – croître rapidement », a déclaré Rand. “La perte d’énergie non radiative augmente avec le carré de la composante de désordre.”

Après avoir démontré que l’augmentation du désordre entraîne une forte augmentation de la perte d’énergie dans les appareils, les chercheurs ont pu faire des recommandations pour des matériaux qui minimisent le désordre et conduisent donc à des appareils plus efficaces. Étant donné que les scientifiques peuvent choisir les matériaux qu’ils utilisent ainsi que la manière de les disposer dans une cellule solaire organique, ils ont un selected contrôle sur le niveau de désordre structurel dans un appareil donné.

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

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

“Si vous avez quelque chose entre les deux, une certaine hétérogénéité dans laquelle des get-togethers d’un film sont légèrement cristallines et certaines functions sont amorphes, c’est là que vous perdez le plus d’énergie”, a déclaré Rand.

Cette découverte rompt avec les conventions, vehicle les chercheurs pensaient auparavant qu’un specified niveau d’hétérogénéité dans les mélanges de cellules solaires était bénéfique pour les performances globales. Mais parce que l’équipe de Rand a découvert que les mélanges d’appareils hétérogènes présentaient des niveaux élevés de désordre et perdaient des quantités importantes d’énergie, il a déclaré que leur découverte pourrait fournir une nouvelle orientation aux chercheurs alors qu’ils recherchent des cellules solaires organiques as well as efficaces.

“L’hétérogénéité a souvent été le position central des appareils. Un sure niveau de cristallinité était considéré comme bénéfique. Mais il s’avère que ce n’est pas ce que nous avons vu”, a déclaré Rand. Il a souligné que bon nombre des cellules solaires organiques les furthermore performantes aujourd’hui sont composées de films hautement amorphes et a suggéré qu’avec les systems existantes, les mélanges complètement amorphes sont as well as pragmatiques que ceux complètement 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 construire des dispositifs moreover efficaces et finalement atteindre de nouveaux critères de general performance pour cette technologie solaire prometteuse.

“Cette découverte est un autre part 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.