Les chercheurs ont découvert qu'un revêtement d'électrode d'une seule molécule d'épaisseur peut améliorer considérablement les performances d'une cellule photovoltaïque organique. Le revêtement surpasse le principal matériau actuellement utilisé pour cette tâche et peut ouvrir la voie à des améliorations dans d'autres dispositifs qui reposent sur des molécules organiques, tels que les diodes électroluminescentes et les photodétecteurs.
Contrairement aux cellules photovoltaïques les plus courantes qui utilisent du silicium cristallin pour capter la lumière, les cellules photovoltaïques organiques (OPV) reposent sur une couche absorbant la lumière de molécules à base de carbone. Bien que les OPV ne puissent pas encore rivaliser avec les performances des cellules au silicium, ils pourraient être plus faciles et moins chers à fabriquer à très grande échelle en utilisant des techniques d'impression.
Lorsque la lumière pénètre dans une cellule photovoltaïque, son énergie libère un électron négatif et laisse derrière elle un espace positif, appelé trou. Différents matériaux rassemblent ensuite les électrons et les trous et les guident vers différentes électrodes pour générer un courant électrique. Dans les OPV, un matériau appelé PEDOT:PSS est largement utilisé pour faciliter le transfert des trous générés dans une électrode ; cependant, PEDOT:PSS est cher, acide et peut dégrader les performances de la cellule au fil du temps.
L'équipe a maintenant développé une meilleure alternative à PEDOT:PSS. Ils utilisent un revêtement beaucoup plus mince d'une molécule de transport de trous appelée Br-2PACz, qui se lie à une électrode d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) pour former une couche à molécule unique. La cellule organique utilisant Br-2PACz a atteint un rendement de conversion de puissance de 18.4 %, alors qu'une cellule équivalente utilisant PEDOT:PSS n'a atteint que 17.5 %.
« En effet surpris par l'amélioration des performances », déclarent les membres de l'équipe de recherche. "Nous croyons que le fr-2PACz a le potentiel de remplacer PEDOT:PSS en raison de son faible coût et de ses hautes performances.
Br-2PACz a augmenté l'efficacité de la cellule de plusieurs manières. Par rapport à son rival, il a provoqué moins de résistance électrique, amélioré le transport des trous et permis à plus de lumière de traverser la couche absorbante. Br-2PACz a également amélioré la structure de la couche absorbant la lumière elle-même, un effet qui peut être lié au processus de revêtement.
Le revêtement pourrait même améliorer la recyclabilité du cellule photovoltaïque. Les chercheurs ont découvert que l'électrode ITO pouvait être retirée de la cellule, débarrassée de son revêtement puis réutilisée comme si elle était neuve. En revanche, PEDOT:PSS rend la surface de l'ITO rugueuse de sorte qu'il fonctionne mal s'il est réutilisé dans une autre cellule. « Nous prévoyons que cela aura un impact dramatique à la fois sur l'économie des VPO et sur l'environnement ».