Une équipe de recherche de l'Université nationale de Singapour a développé une nouvelle cellule solaire tandem pérovskite-organique, certifiée pour atteindre un rendement de conversion d'énergie (PCE) de 26.4 % sur une surface active de 1 cm², établissant ainsi un nouveau record mondial pour ce type de dispositif. Les résultats ont été publiés dans le dernier numéro de Nature.

L'équipe a souligné que la cellule tandem nouvellement développée combine ultra-mince et flexibilité, permettant une future intégration directe dans des équipements alimentés par l'IA tels que des drones, des textiles intelligents et des appareils portables pour fournir une énergie propre.

Innovation révolutionnaire : absorbeur organique à bande interdite étroite

Au cœur de cette avancée se trouve l'absorbeur organique à bande interdite étroite, un produit pionnier de l'équipe. Fonctionnant comme un « piège à photons » de précision, il capture efficacement les photons dans le proche infrarouge (NIR), surmontant ainsi un obstacle technique de longue date dans le développement de cellules solaires tandem à couches minces.

Bien que les bandes interdites réglables des matériaux semi-conducteurs organiques et à base de pérovskite offrent le potentiel de dépasser les limites d'efficacité théoriques, la faible absorption NIR a constamment entravé les progrès.

Conception moléculaire innovante

Pour relever ce défi, l'équipe a conçu un accepteur organique asymétrique. Cette structure étend non seulement la plage d'absorption lumineuse dans les régions du proche infrarouge profond, mais maintient également une force motrice de séparation de charge suffisante tout en permettant un alignement moléculaire hautement ordonné. Grâce à la spectroscopie ultrarapide et à l'analyse de la physique des dispositifs, l'équipe a confirmé que cette conception permet une collecte de charge efficace avec une perte d'énergie minimale.

Intégration et performances des appareils

En pratique, les chercheurs ont superposé cette sous-cellule organique haute performance à une cellule supérieure en pérovskite, les intégrant via une couche intermédiaire d'oxyde conducteur transparent. Les principaux résultats sont les suivants :

● 27.5 % PCE pour un micro-dispositif de 0.05 cm2

● 26.7 % PCE pour un appareil standard de 1 cm2

● Efficacité certifiée indépendamment de 26.4 % pour la cellule de 1 cm2

Cette réalisation non seulement bat le record du tandem pérovskite-organique, mais surpasse également les cellules pérovskite-CIGS de même taille et les cellules pérovskite à jonction unique.