L’énergie solaire joue un rôle important dans la lutte contre le changement climatique en tant que substitut aux combustibles fossiles. Les cellules solaires à colorant promettent d’être un complément à faible coût aux systèmes photovoltaïques que nous connaissons aujourd’hui. Leur caractéristique principale est les sensibilisateurs de colorant attachés à leur surface. Des chercheurs de l’Université de Bâle continuent d’améliorer les performances des sensibilisateurs utilisant du fer, un métal couramment disponible et respectueux de l’environnement.
Les sensibilisateurs sont des composés intensément colorés qui absorbent la lumière et convertissent son énergie en électricité en libérant des électrons et en les « injectant » dans le semi-conducteur. Jusqu’à présent, les sensibilisateurs utilisés dans les cellules solaires à colorant ont eu une durée de vie relativement courte ou ont exigé l’utilisation de métaux très rares et coûteux. Le Saint Graal de la recherche photovoltaïque est donc le développement de sensibilisateurs utilisant le fer, un métal à la fois respectueux de l’environnement et le métal de transition le plus abondant sur notre planète.
Pendant de nombreuses années, les experts ont considéré que les composés du fer ne convenaient pas à ces applications car leur état excité après absorption de la lumière est de trop courte durée pour être utile à la production d’énergie. Cela a changé il y a environ sept ans avec la découverte d’une nouvelle classe de composés du fer avec ce que l’on appelle les carbènes N-hétérocycliques (NHC).
Le groupe de recherche dirigé par le professeur Edwin Constable et le professeur Catherine Housecroft du département de chimie de l’Université de Bâle travaille sur ces composés depuis plusieurs années. L’équipe dirigée par le chef de projet Dr. Mariia Becker rapporte maintenant leurs résultats avec un sensibilisateur basé sur une nouvelle famille de NHC dans la revue spécialisée Transactions Dalton.
Un peu de vinaigre et de graisse
« Nous savions que nous devions développer des matériaux qui colleraient à la surface d’un semi-conducteur et dont le caractère permettrait simultanément d’optimiser l’agencement des composants fonctionnels absorbant la lumière sur la surface », explique Becker.
Les chercheurs ont utilisé une approche à deux volets pour relever ces défis : tout d’abord, ils ont incorporé des groupes d’acide carboxylique (tels que trouvés dans le vinaigre) dans le composé de fer afin de le lier à la surface du semi-conducteur. Deuxièmement, ils ont rendu les composés « gras » en ajoutant de longues chaînes carbonées qui ont rendu la couche de surface plus fluide et plus facile à ancrer.
Ces prototypes de cellules solaires à colorant n’ont atteint qu’un rendement global de 1 %, tandis que les cellules solaires actuellement disponibles dans le commerce atteignent un rendement d’environ 20 %. « Néanmoins, les résultats représentent une étape importante qui encouragera la poursuite des recherches sur ces nouveaux matériaux », déclare Becker avec conviction.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Bâle. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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