Une couche active organique en forme de coque hémisphérique pour application photovoltaïque, pour améliorer l'efficacité énergétique et la couverture angulaire ; (en bas à gauche) distribution spatiale des normes de champ électrique. Crédit : D. Hah, doi 10.1117/1.JPE.14.018501
De nouvelles recherches suggèrent de repenser les cellules solaires organiques avec une structure de coque hémisphérique pour fournir une couverture angulaire plus large, ce qui est particulièrement bénéfique pour les appareils nécessitant une absorption de lumière adaptable, comme les appareils électroniques portables.
La recherche de solutions énergétiques durables accorde une grande priorité au développement de cellules solaires plus efficaces. Les cellules photovoltaïques organiques sont devenues un choix attrayant par rapport aux cellules conventionnelles à base de silicium, grâce à leur flexibilité et à leurs coûts réduits. Néanmoins, l’amélioration de leurs performances reste un obstacle majeur.
Adopter une nouvelle forme
Dans un geste pionnier, de nouvelles recherches de l'Université Abdullah Gül (Turquie) réinventent la structure des cellules photovoltaïques organiques, en optant pour une forme de coque hémisphérique pour libérer un potentiel sans précédent en matière d'absorption de la lumière et de couverture angulaire. Comme le rapporte le SPIE Journal de photonique pour l'énergie (JPE), cette configuration innovante vise à maximiser l’absorption de la lumière et la couverture angulaire, promettant de redéfinir le paysage des technologies d’énergie renouvelable. L'étude présente une analyse informatique avancée et des références comparatives pour mettre en lumière les capacités remarquables de cette nouvelle conception.
Dans l'étude, le professeur Dooyoung Hah de l'Université Abdullah Gül sonde les spectres d'absorption au sein de la couche active en forme de coquille hémisphérique, fournissant un examen détaillé de la façon dont la lumière interagit avec la structure et les matériaux de la cellule grâce à une technique informatique connue sous le nom d'éléments finis tridimensionnels. analyse (FEA). La FEA peut aider à résoudre des problèmes d'ingénierie complexes en divisant les structures en parties plus petites et plus faciles à gérer appelées éléments finis, ce qui permet de simuler et d'analyser le comportement de l'ensemble de la structure dans diverses conditions, telles que différentes longueurs d'onde de lumière et angles d'incidence.
Les résultats FEA rapportés sont remarquables. Lorsqu'elle est soumise à une lumière polarisée électriquement transversale (TE), la structure de la coque hémisphérique présente une augmentation remarquable de 66 % de l'absorption de la lumière par rapport aux dispositifs à structure plate. De même, pour la lumière polarisée magnétique transversale (TM), une amélioration notable de 36 % a été observée.
Contrairement aux conceptions de coques semi-cylindriques précédemment rapportées, la structure de coque hémisphérique s'est clairement imposée. Il présentait une augmentation significative de 13 % de l'absorption de la lumière pour la polarisation TE et une amélioration impressionnante de 21 % pour la polarisation TM.
Un avenir radieux : éclairer diverses applications
Au-delà de ses capacités d'absorption exceptionnelles, la structure de coque hémisphérique offre une couverture angulaire étendue, allant jusqu'à 81 degrés pour la polarisation TE et 82 degrés pour la polarisation TM. Cette adaptabilité est particulièrement avantageuse pour les applications nécessitant une capture flexible de la lumière, telles que l'électronique portable.
Hah remarque : « Grâce aux caractéristiques améliorées d'absorption et d'omnidirectionnalité, les couches actives en forme de coque hémisphérique proposées seront bénéfiques dans divers domaines d'application des cellules solaires organiques, tels que les dispositifs biomédicaux, ainsi que dans des applications telles que les fenêtres de production d'énergie et serres, Internet des objets, etc.
La forme de la coque hémisphérique marque un progrès significatif dans la conception des cellules solaires organiques. En exploitant la puissance de l’analyse par éléments finis et de l’ingénierie structurelle innovante, les recherches rapportées contribuent à ouvrir la voie à un avenir plus brillant et plus durable, alimenté par les énergies renouvelables.
