De nouvelles informations sur le fonctionnement des cellules solaires

Les DSSC constituent une alternative prometteuse aux cellules solaires traditionnelles à base de silicone, notamment parce qu'elles contiennent des matériaux moins onéreux et requièrent des processus de production relativement simples. Ces cellules sont composées d'une anode d'oxyde de titane (TiO2) photosensible (couverte d'un colorant moléculaire qui absorbe la lumière du soleil), d'un électrolyte liquide et d'une cathode métallique.

Comme le courant photo-électrique dépend des nanomatériaux colorants, l'élucidation et le contrôle de leur activité interfaciale sont indispensables pour augmenter l'efficacité de la conversion photo-électrique. Dans le cadre de POLYMAP (Mapping and manipulating interfacial charge transfer in polymer nanostructures for photovoltaic applications), les scientifiques ont constaté une relation entre l'activité électrochimique ou électrocatalytique des matériaux et les changements dans leur morphologie se produisant aux interfaces de l'électrode dans les DSSC.

À l'aide d'une technique de sondage électrochimique haute résolution, la microscopie des cellules par sondage électrochimique (scanning electrochemical cell microscopy, SECCM), les scientifiques ont surmonté les obstacles associés à l'étude des matériaux d'électrode nanostructurés. En éclairant les électrodes et en utilisant les SECC, ils ont réussi à cartographier à une résolution au sous-micromètre les variations dans l'activité photo-électrochimique des agrégats de TiO2 enduits d'un colorant. La modulation de l'intensité de la lumière a permis à l'équipe d'étudier les processus de perte qui limitent l'efficacité de la conversion.

Etant donné leur rôle fondamental dans les mécanismes de transport de charge, les travaux visaient également à préparer et à assurer la caractérisation électrochimique des polymères conjugués d'une épaisseur allant de 5 à 500 nm. Après les avoir analysés au microscope, ils ont observé des variations dans l'activité électrochimique, principalement parce que les films électro-actifs étaient hétérogènes. En combinant également les SECC avec la microscopie à force atomique et la micro-spectroscopie Raman, l'équipe a découvert une relation entre la structure et la réactivité des films organiques électro-déposés.

Autres matériaux augmentant le taux de réaction chimique, les nanotubes de carbone se sont avérés être électro-actifs sur toute leur longueur, alors que leur morphologie a un impact sur leur réactivité. Les scientifiques ont également démontré que des nanotubes de carbone parfaits, sans défaut, sont des électro-catalyseurs aussi efficaces que l'or. Cela comporte d'importantes implications, notamment pour la production de peroxyde d'hydrogène pour utilisation comme carburant.

Enfin, étudiées de manière approfondie comme photo-catalyseurs par dissociation de l'eau, les nanoparticules d'oxyde d'iridium ont présenté d'importantes variations dans leur activité électro-catalytique comme fonction du potentiel d'électrode.

Les résultats du projet donnent une nouvelle vision des appareils photovoltaïques à l'échelle nanométrique, permettant à terme la conception de DSSC améliorées.