— © 2020 KAUST / Anastasia Serin

Des chercheurs basés en Arabie saoudite ont récemment développé des cellules solaires organiques ultrafines prometteuses. Plus efficaces que leurs homologues, celles-ci sont également fabriquées à partir d’éléments plus courants et peuvent être imprimées par jet d’encre directement sur les surfaces.

« Nous avons formulé des encres fonctionnelles pour chacune des couches de l’architecture de ces cellules solaires »

Présentées dans la revue Advanced Material Technologies, ces cellules solaires reposent sur une conception entièrement imprimable, impliquant l’utilisation de différentes encres spécifiques pour produire les différentes couches qui les composent. Leurs électrodes sont faites d’un polymère conducteur transparent appelé PEDOT:PSS, également utilisé pour ces briques révolutionnaires capables de stocker de l’énergie. On retrouve une couche d’un matériau photovoltaïque au cœur de la cellule, dont la surface externe est recouverte d’une couche de parylène, un revêtement imperméable permettant de protéger l’électronique des intempéries.

« Nous avons formulé des encres fonctionnelles pour chacune des couches de l’architecture de ces cellules solaires », explique Daniel Corzo, co-auteur de l’étude. « L’impression par jet d’encre constitue une science à part entière. Les forces intermoléculaires à l’intérieur de la cartouche et de l’encre doivent être surmontées pour éjecter de très fines gouttelettes par la très petite buse. Les solvants jouent également un rôle important une fois que l’encre est déposée car le comportement lors du séchage affecte la qualité du film. »

Lors de tests réalisés sur des plaques de verre, l’équipe a constaté que les nouvelles cellules solaires imprimées atteignaient un rendement de conversion d’énergie de 4,73 % (contre 3,6 % lorsque celles-ci étaient imprimées sur un substrat flexible). Si ce pourcentage peut paraître faible dans le domaine de l’énergie solaire, l’équipe affirme que de telles performances surpassent de 4,1 % le précédent record établi pour une cellule entièrement imprimée et s’avèrent largement supérieures à celles des autres types de cellules solaires ultraminces.

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Des dispositifs ultralégers ne nécessitant pas l’utilisation d’indium

Ce qui leur manque en termes d’efficacité globale, ces cellules le compensent par d’autres moyens. La technique d’impression à jet d’encre les rend plus évolutives que les autres cellules solaires ultrafines, généralement fabriquées à l’aide de techniques telles que la centrifugation ou l’évaporation thermique, et elles ne contiennent pas d’indium – un métal quelque peu toxique et de plus en plus rare qui est souvent utilisé pour la conception de cellules solaires.

Ces dispositifs sont également extrêmement légers, comme l’équipe a pu le démontrer en les appliquant sur la surface de bulles de savon. Selon les auteurs de l’étude, ces cellules solaires légères et flexibles pourraient être utilisées pour alimenter de petits capteurs, des appareils électroniques portables et d’autres dispositifs à faible consommation d’énergie.

« Les énormes progrès réalisés en matière de peau électronique pour les robots, de capteurs pour les appareils volants et de biocapteurs pour détecter les maladies sont tous limités en termes de sources d’énergie », souligne Eloïse Bihar, l’une des auteurs de l’étude. « Plutôt que des batteries encombrantes ou une connexion à un réseau électrique, nous avons pensé à utiliser des cellules solaires organiques légères et ultraminces pour récolter l’énergie de la lumière, à l’intérieur comme à l’extérieur. »

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