Des cellules solaires panchromatiques pour une meilleure conversion de l'énergie solaire
Dans les DSSC, un colorant photosensible absorbe les photons et utilise leur énergie pour exciter les électrons. Les électrons excités sont normalement transférés dans une couche nanocristalline de dioxyde de titane, mais le traitement à haute température requis pour le titane n'est pas compatible avec les méthodes de fabrication à faible coût et l'utilisation de colorants fait généralement obstacle à l'exploitation solaire panchromatique. Le projet NANOMATCELL (Novel environmentally friendly solution processed nanomaterials for panchromatic solar cells) a inventé de nouveaux matériaux et des architectures pour les cellules solaires traitées en solution afin de répondre à ces problèmes. Utilisant des nanomatériaux abondants et/ou non toxiques, le semi-conducteur a présenté une largeur de bande optimale et un coefficient d'absorption très élevé pour exploiter au maximum la lumière du soleil. Les partenaires du projet ont développé de nouvelles stratégies de synthèse, de croissance et de dopage de nanocristaux, de nanofils et de pérovskites de semi-conducteurs. Celles-ci incluaient une nouvelle approche concernant des nanocristaux de semi-conducteurs colloïdaux respectueux de l'environnement, présentant des largeurs de bande ajustées et des coefficients d'absorption très élevés. La conception de pérovskite a été optimisée à l'aide de matériaux accepteurs d'électrons-trous spécialement développés. De nouveaux colorants ont également été développés pour les longueurs d'ondes courtes et pour une meilleure absorption améliorée dans la zone du proche infrarouge afin d'exploiter une plus large partie du spectre. Une cellule solaire à point quantique colloïdale à performance record présentant une photostabilité exceptionnelle a été développée. De plus, la première cellule solaire PbS QD à haut rendement (9,6 %) et haute photostabilité a été présentée. La performance record obtenue pour les cellules solaires à pérovskite (20 %) a permis à l'UE de se placer en chef de file dans ce domaine. Les chercheurs ont également présenté la première cellule solaire inorganique à état solide traitée en solution à basse température et sous conditions ambiantes, basée entièrement sur des matériaux conformes à la réglementation sur la limitation des substances dangereuses (RoHS). Le projet NANOMATCELL a par conséquent eu un impact significatif en montrant pour la première fois que des performances remarquables peuvent être obtenues en utilisant des nanomatériaux respectueux de l'environnement. Cela ouvre la voie à leur exploitation commerciale immédiate et à leur introduction à une plus grande échelle (notamment dans des plateformes portables, des systèmes PV intégrés aux bâtiments et des réseaux électriques distribués) sans problèmes réglementaires sur les processus de recyclage en cycle fermé. Les résultats scientifiques du projet NANOMATCELL ont été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture de pointe. L'initiative a ainsi joué un rôle important pour faire de l'Europe un acteur majeur de la recherche sur les cellules solaires à couche mince traitées en solution, en développant avec succès des dispositifs de cellules solaires à performance record dans leurs classes respectives.
Mots‑clés
Cellules solaires sensibilisées par colorant, colorant photosensible, photons, fabrication, NANOMATCELL, dioxyde de titane, nanocristaux, nanofils, photostable, limitation des substances dangereuses
