Augmenter l’efficacité des cellules solaires organiques

Composant une très grande quantité de panneaux solaires, les cellules organiques sont moins chères à produire et plus flexibles lors de leur installation, comparativement à celles faites en silicium cristallin. Néanmoins, elles n’offrent pas le même niveau d’efficacité et de durabilité que ces dernières. Conscients de cet enjeu, un groupe de chercheurs allemands, dirigé par le professeur Christoph Babec, directeur de l’institut des matériaux pour l’électronique et la technologie énergétique, travaille depuis longtemps à l’amélioration des propriétés des cellules solaires organiques. Des travaux qui rejoignent ceux du chercheur Andrej Classen qui a pu démontrer qu’il était possible d’accroître considérablement le potentiel des panneaux solaires en utilisant des molécules luminescentes. Décryptage avec Alpes Energies Nouvelles.

Une application flexible et une grande efficacité énergétique dans le secteur manufacturier

Les cellules organiques présentent des avantages évidents. Premièrement, elles sont aussi minces et flexibles qu’une feuille d’aluminium. En outre, elles peuvent être adaptées à divers substrats.

L’usage de ce composant permet entre autres d’ajuster la longueur d’onde à laquelle la lumière du soleil est absorbée. Ainsi, si par exemple une fenêtre de bureau est recouverte de cellules solaires organiques, elle ne ferait pas qu’occulter le rayonnement thermique. De manière simultanée, elle va produire également de l’énergie électrique.

Cet avantage est très important dans la mesure où pour faire face aux changements climatiques, l’usage d’énergies renouvelables est fortement encouragé, surtout quand on sait que les cellules solaires organiques génèrent plus d’énergie que celle nécessaire à leur fabrication.

Selon les derniers calculs réalisés par l’Institut de Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE), ce temps de retour énergétique est estimé à entre 2,5 et 2,8 ans. Un délai qui se voit automatiquement réduit de quelques mois si l’on utilise des cellules solaires organiques, selon le docteur Thomas Heumuller.

Perte de performance pour la séparation des charges

En dépit des avantages cités, les chercheurs ont découvert que le recours à des cellules solaires organiques présentait un inconvénient majeur : la lumière du soleil ne produit pas immédiatement une charge pour le flux de courant, mais plutôt des excitons dans lesquelles les charges positives et négatives sont toujours liées.

Le Dr Heumuller explique qu’il faut donc utiliser un accepteur qui déclenche la séparation des charges, et qui produit lui-même des charges avec lesquelles l’électricité peut être produite. Celui-ci, doit compter sur une force motrice qui dépend de la structure moléculaire des polymères utilisés.

A cet effet, l’utilisation de molécules de la classe des matériaux à base de fullerène dans des accepteurs d’électrons dans les cellules solaires organiques peut s’avérer utile, en raison de leur force motrice élevée.

Néanmoins, les scientifiques ont découvert qu’une force motrice trop élevée pouvait produire un effet contraire à celui souhaité. Le rendement de la cellule solaire peut se voir ainsi diminué !

Ce dilemme est la raison principale pour laquelle Andrej Classen a consacré une partie de ses études à l’identification du degré de puissance qu’une force motrice doit avoir pour provoquer une séparation complète de la charge de l’excitateur, sans pour autant ternir les performances des cellules solaires organiques.