Les cellules solaires hybrides combinent les avantages des semi-conducteurs organiques et inorganiques. Les systèmes photovoltaïques hybrides contiennent des matériaux organiques constitués de polymères conjugués qui absorbent la lumière en tant que trous donneurs et de transport. Les matériaux inorganiques dans les cellules hybrides sont utilisés comme accepteur et transporteur d’électrons dans la structure. Les dispositifs photovoltaïques hybrides ont un potentiel non seulement pour un traitement à bas coût par roll-to-roll, mais également pour une conversion évolutive de l’énergie solaire.

Théorie
Les cellules solaires sont des dispositifs qui convertissent la lumière solaire en électricité par effet photovoltaïque. Les électrons d’une cellule solaire absorbent l’énergie des photons au soleil, ce qui les excite dans la bande de conduction de la bande de valence. Cela génère une paire trou-électron, qui est séparée par une barrière potentielle (telle qu’une jonction pn), et induit un courant. Les cellules solaires organiques utilisent des matériaux organiques dans leurs couches actives. Les photovoltaïques organiques, polymères et hybrides sont les principaux types de dispositifs photovoltaïques organiques actuellement étudiés.

Cellule solaire hybride
Dans les cellules solaires hybrides, un matériau organique est mélangé à un matériau de transport d’électrons élevé pour former la couche photoactive. Les deux matériaux sont assemblés dans une couche photoactive de type hétérojonction, qui peut avoir un rendement de conversion de puissance supérieur à celui d’un matériau unique. L’un des matériaux joue le rôle d’absorbeur de photons et de donneur d’excitons. L’autre matériau facilite la dissociation de l’exciton à la jonction. La charge est transférée puis séparée après la délocalisation d’un exciton créé dans le donneur sur un complexe donneur-accepteur.

Le matériau accepteur nécessite une énergie appropriée compensée par l’énergie de liaison de l’exciton à l’absorbeur. Le transfert de charge est favorable si la condition suivante est satisfaite:

où les indices supérieurs A et D désignent respectivement l’accepteur et le donneur, EA est l’affinité électronique et U l’énergie de liaison coulombique de l’exciton sur le donneur. Un diagramme d’énergie de l’interface est représenté. Dans les polymères photovoltaïques couramment utilisés tels que le MEH-PPV, l’énergie de liaison des excitons va de 0,3 eV à 1,4 eV.

L’énergie nécessaire pour séparer l’exciton est fournie par le décalage d’énergie entre les LUMO ou les bandes de conduction du donneur et de l’accepteur. Après dissociation, les porteurs sont transportés vers les électrodes respectives via un réseau de percolation.

La distance moyenne à laquelle un exciton peut diffuser à travers un matériau avant l’annihilation par recombinaison est la longueur de diffusion de l’exciton. C’est court dans les polymères, de l’ordre de 5 à 10 nanomètres. L’échelle de temps pour la désintégration radiative et non radiative est de 1 picoseconde à 1 nanoseconde. Les excitons générés dans cette longueur à proximité d’un accepteur contribueraient au photocourant.

Pour faire face au problème de la longueur de diffusion des excitons, une structure d’hétérojonction en vrac est utilisée plutôt qu’une bicouche à séparation de phase. La dispersion des particules dans la matrice polymère crée une zone interfaciale plus grande pour le transfert de charge. La figure 2 montre la différence entre une bicouche et une hétérojonction en vrac.

Types d’interfaces et de structures
Le contrôle de l’interface des cellules solaires hybrides inorganiques-organiques peut augmenter l’efficacité des cellules. Cette efficacité accrue peut être obtenue en augmentant la surface interfaciale entre l’organique et l’inorganique pour faciliter la séparation des charges et en contrôlant les longueurs nanométriques et la périodicité de chaque structure de sorte que les charges se séparent et se déplacent sans recombinaison. Les trois principales structures à l’échelle nanométrique utilisées sont des films inorganiques mésoporeux imprégnés de structures organiques alternantes, de structures lamellaires inorganiques et organiques, et de structures de nanofils.

Films mésoporeux
Les films mésoporeux ont été utilisés pour une cellule solaire hybride à rendement relativement élevé. La structure des cellules solaires à couche mince mésoporeuses comprend généralement une substance inorganique poreuse saturée en agent tensioactif organique. La matière organique absorbe la lumière et transfère les électrons au semi-conducteur inorganique (généralement un oxyde conducteur transparent), qui transfère ensuite l’électron à l’électrode. Les problèmes avec ces cellules incluent leur ordre aléatoire et la difficulté de contrôler leur structure à l’échelle nanométrique pour favoriser la conduction de charge.

Films lamellaires commandés
Récemment, l’utilisation de couches alternées de composés organiques et inorganiques a été contrôlée par auto-assemblage par électrodéposition. Ceci est particulièrement intéressant car il a été montré que la structure lamellaire et la périodicité des couches organiques-inorganiques alternées peuvent être contrôlées par la chimie de la solution. Pour produire ce type de cellule avec une efficacité pratique, des agents de surface organiques plus importants qui absorbent une plus grande partie du spectre visible doivent être déposés entre les couches inorganiques acceptant les électrons.

Films de nanostructures ordonnées
Les chercheurs ont pu développer des cellules solaires à base de nanostructures qui utilisent des nanostructures ordonnées telles que des nanofils ou des nanotubes de particules inorganiques entourant des composés organiques donneurs d’électrons en utilisant des processus d’auto-organisation. Les nanostructures ordonnées offrent l’avantage d’un transport de charge dirigé et d’une séparation de phase contrôlée entre les matériaux donneurs et accepteurs. La morphologie à base de nanofils offre une réflexion interne réduite, une relaxation facile des contraintes et une tolérance accrue aux défauts. La possibilité de fabriquer des nanofils monocristallins sur des substrats peu coûteux tels que des feuilles d’aluminium et d’assouplir les contraintes dans les couches ultérieures élimine deux autres obstacles majeurs aux coûts associés aux cellules à haut rendement. Il y a eu une augmentation rapide de l’efficacité des cellules solaires à base de nanofils et elles semblent être l’une des technologies hybrides solaires à l’échelle nanométrique les plus prometteuses.

Facteurs fondamentaux de défi
L’efficacité des cellules hybrides doit être augmentée pour commencer la fabrication à grande échelle. Trois facteurs affectent l’efficacité. Premièrement, la bande interdite doit être réduite pour absorber les photons rouges, qui contiennent une fraction significative de l’énergie du spectre solaire. Les photovoltaïques organiques actuels ont montré 70% du rendement quantique pour les photons bleus. Deuxièmement, la résistance de contact entre chaque couche du dispositif doit être minimisée pour offrir un facteur de remplissage et une efficacité de conversion de puissance supérieurs. Troisièmement, la mobilité des porteurs de charge devrait être augmentée pour permettre aux cellules photovoltaïques d’avoir des couches actives plus épaisses tout en minimisant la recombinaison de la porteuse et en maintenant la résistance série du dispositif faible.

Types de cellules solaires hybrides

Composite polymère – nanoparticule
Les nanoparticules sont une classe de matériaux semi-conducteurs dont la taille dans au moins une dimension est comprise entre 1 et 100 nanomètres, dans l’ordre des longueurs d’onde des excitons.Ce contrôle de taille crée un confinement quantique et permet de régler les propriétés optoélectroniques, telles que la bande interdite et l’affinité électronique. Les nanoparticules présentent également un grand rapport surface / volume, ce qui présente plus de surface pour le transfert de charge.

La couche photoactive peut être créée en mélangeant des nanoparticules dans une matrice polymère. Les dispositifs solaires à base de composites polymère-nanoparticule ressemblent le plus à des cellules solaires polymères. Dans ce cas, les nanoparticules remplacent les accepteurs à base de fullerènes utilisés dans les cellules solaires en polymères entièrement organiques. Les cellules solaires hybrides basées sur des nanoparticules constituent un domaine de recherche intéressant, car les nanoparticules possèdent plusieurs propriétés qui les rendent préférables aux fullerènes, telles que:

Les fullerènes sont synthétisés par une combinaison d’une méthode d’arc à haute température et d’une synthèse en phase gazeuse continue, ce qui rend leur production difficile et gourmande en énergie. La synthèse colloïdale des nanoparticules, par contraste, est un processus à basse température.

Le PCBM (un accepteur de fullerènes commun) se diffuse pendant les longues périodes de temps ou lorsqu’il est exposé à la chaleur, ce qui peut altérer la morphologie et réduire l’efficacité d’une cellule solaire en polymère. Un test limité des cellules solaires à nanoparticules indique qu’elles peuvent être plus stables avec le temps.

Les nanoparticules sont plus absorbantes que les fullerènes, ce qui signifie que plus de lumière peut être théoriquement absorbée par un dispositif plus mince.

La taille des nanoparticules peut affecter l’absorption. Ceci, combiné au fait qu’il existe de nombreuses nanoparticules semi-conductrices possibles, permet d’obtenir des bandes interdites hautement personnalisables, facilement réglables sur certaines fréquences, ce qui serait avantageux dans les cellules solaires en tandem.

Les nanoparticules de taille proche de leur rayon de Bohr peuvent générer deux excitons lorsqu’elles sont frappées par un photon suffisamment énergétique.

Structure et traitement
Pour les polymères utilisés dans ce dispositif, les mobilités de trous sont supérieures aux mobilités électroniques, de sorte que la phase polymère est utilisée pour transporter les trous. Les nanoparticules transportent des électrons vers l’électrode.

La zone interfaciale entre la phase polymère et les nanoparticules doit être importante. Ceci est obtenu en dispersant les particules dans la matrice polymère. Cependant, les nanoparticules doivent être interconnectées pour former des réseaux de percolation pour le transport d’électrons, ce qui se produit lors d’événements de saut.

L’efficacité est affectée par le rapport d’aspect, la géométrie et la fraction volumique des nanoparticules. Les structures nanoparticulaires comprennent les nanocristaux, les nanorodes et les structures hyperramifiées. La figure 3 contient une image de chaque structure. Différentes structures modifient l’efficacité de la conversion en effectuant une dispersion des nanoparticules dans le polymère et en créant des voies de transport pour les électrons.

La phase nanoparticulaire est nécessaire pour fournir une voie aux électrons pour atteindre l’électrode. En utilisant des nanorodes au lieu de nanocristaux, il est possible d’éviter l’événement de saut d’un cristal à l’autre.

Les méthodes de fabrication comprennent le mélange des deux matériaux dans une solution et le revêtement par centrifugation sur un substrat, et l’évaporation du solvant (sol-gel). La plupart de ces méthodes n’impliquent pas de traitement à haute température. Le recuit augmente l’ordre dans la phase de polymère, augmentant la conductivité. Cependant, un recuit trop long entraîne une augmentation de la taille du domaine polymère, le rendant éventuellement plus long que la longueur de diffusion de l’exciton et permettant éventuellement à une partie du métal du contact de diffuser dans la couche photoactive, réduisant ainsi l’efficacité du dispositif.

Matériaux
Les nanoparticules semi-conductrices inorganiques utilisées dans les cellules hybrides comprennent le CdSe (tailles comprises entre 6 et 20 nm), le ZnO, le TiO et le PbS. Les polymères courants utilisés comme matériaux photographiques ont une conjugaison extensive et sont également hydrophobes. Leur efficacité en tant que matériau photographique dépend de la position du niveau HOMO et du potentiel d’ionisation, qui affecte directement la tension en circuit ouvert et la stabilité de l’air. Les polymères les plus couramment utilisés sont le P3HT (poly (3-hexylthiophène)) et M3H-PPV (poly [2-méthoxy, 5- (2′-éthyl-hexyloxy) -p-phénylènevinylène)]). P3HT a une bande interdite de 2,1 eV et M3H-PPV a une bande interdite de ~ 2,4 eV. Ces valeurs correspondent à la bande interdite de CdSe, 2,10 eV. L’affinité électronique du CdSe varie de 4,4 à 4,7 eV. Lorsque le polymère utilisé est le MEH-PPV, qui a une affinité électronique de 3,0 eV, la différence entre les affinités des électrons est suffisamment importante pour entraîner un transfert d’électrons du CdSe vers le polymère. CdSe présente également une mobilité électronique élevée (600 cm ² .V ^-1. S ^-1 ).

Valeurs de performance
L’efficacité démontrée la plus élevée est de 3,2%, basée sur un donneur de polymère PCPDTBT et l’accepteur de nanoparticules CdSe. Le dispositif présentait un courant de court-circuit de 10,1 mA • cm −2, une tension en circuit ouvert de 0,68 V et un facteur de remplissage de 0,51.

Défis
Les cellules solaires hybrides nécessitent une efficacité et une stabilité accrues au fil du temps avant que la commercialisation ne soit possible. Par rapport aux 2,4% du système CdSe-PPV, les photodispositifs au silicium ont des rendements de conversion supérieurs à 20%.
Les problèmes comprennent le contrôle de la quantité d’agrégation de nanoparticules en tant que photolayer. Les particules doivent être dispersées afin de maximiser la zone d’interface, mais doivent s’agréger pour former des réseaux de transport d’électrons. La formation du réseau est sensible aux conditions de fabrication. Les voies sans issue peuvent entraver le flux. Une solution possible consiste à mettre en œuvre des hétérojonctions ordonnées, où la structure est bien contrôlée.

Les structures peuvent subir des changements morphologiques au fil du temps, à savoir la séparation de phases. À terme, la taille du domaine polymère sera supérieure à la longueur de diffusion de la porteuse, ce qui diminuera les performances.

Même si la bande interdite des nanoparticules peut être ajustée, elle doit être adaptée au polymère correspondant. La bande interdite de 2,0 eV du CdSe est supérieure à la bande interdite idéale de 1,4 pour l’absorption de la lumière.

Les nanoparticules impliquées sont typiquement des colloïdes, stabilisés en solution par des ligands.Les ligands diminuent l’efficacité du dispositif car ils servent d’isolants qui empêchent l’interaction entre le donneur et l’accepteur de nanoparticules et diminuent la mobilité des électrons. Un certain succès, mais non complet, a été obtenu en échangeant les ligands initiaux contre la pyridine ou un autre ligand à chaîne courte.

Les cellules solaires hybrides présentent des propriétés matérielles inférieures à celles des semi-conducteurs en silicium massif. Les mobilités des porteurs sont beaucoup plus petites que celles du silicium. La mobilité des électrons dans le silicium est de 1000 cm ² · V − ¹ · s, comparée à 600 cm ²· V − ¹ · s ⁻¹ en CdSe, et inférieure à 10 cm ² · V − ¹ s · ¹ dans les autres quantum matériaux de points. La mobilité des trous dans MEH-PPV est de 0,1 cm ² · V- ¹ · s- ¹ , alors que dans le silicium, il est de 450 cm ² · V ^-1 · s ^-1 .

Nanotubes de carbone
Les nanotubes de carbone (NTC) ont une conductivité électronique élevée, une conductivité thermique, une robustesse et une flexibilité élevées. Les affichages à émission de champ (FED), les capteurs de déformation et les transistors à effet de champ (FET) utilisant les NTC ont été démontrés. Chaque application montre le potentiel des NTC pour les dispositifs à l’échelle nanométrique et pour les applications électroniques flexibles. Des applications photovoltaïques ont également été explorées pour ce matériau.

Principalement, les NTC ont été utilisés comme impureté du milieu de transport de porteurs d’excitons photo-induit dans une couche photovoltaïque à base de polymère ou comme couche photoactive (conversion d’électrons-photons). Le CNT métallique est préféré pour la première application, tandis que le CNT semi-conducteur est préféré pour la dernière.

Support de transport efficace
Pour augmenter l’efficacité photovoltaïque, des impuretés acceptant les électrons doivent être ajoutées à la région photoactive. En incorporant des NTC dans le polymère, la matrice de NTC permet la dissociation de la paire d’excitons. La grande surface (~ 1600 m ² / g) des NTC offre une bonne opportunité pour la dissociation des excitons. Les supports séparés au sein de la matrice polymère-CNT sont transportés par les voies de percolation des NTC adjacents, fournissant les moyens pour une mobilité élevée des porteurs et un transfert de charge efficace. Les facteurs de performance du photovoltaïque hybride CNT-polymère sont faibles comparés à ceux du photovoltaïque inorganique. Le SWNT dans le polymère semi-conducteur P3OT présentait une tension en circuit ouvert (V _oc ) inférieure à 0,94 V, avec un courant de court-circuit (I _sc ) de 0,12 mA / cm ² .

Des nanoparticules métalliques peuvent être appliquées à l’extérieur des NTC pour augmenter l’efficacité de la séparation des excitons. Le métal fournit un champ électrique plus élevé à l’interface CNT-polymère, accélérant les porteurs d’excitons pour les transférer plus efficacement à la matrice CNT. Dans ce cas, V _oc = 0,3396 V et I _sc = 5,88 mA / cm ² . Le facteur de remplissage est de 0,3876% et le facteur de conversion de la lumière blanche est de 0,775%.

Couche de matrice photoactive
Le CNT peut être utilisé en tant que dispositif photovoltaïque non seulement comme matériau complémentaire pour augmenter le transport de porteurs, mais également comme couche photoactive elle-même. Le CNT semi-conducteur à paroi simple (SWCNT) est un matériau potentiellement attractif pour les applications photovoltaïques pour les propriétés structurelles et électriques uniques. La SWCNT a une conductivité électrique élevée (100 fois celle du cuivre) et présente un transport de porteurs balistiques, ce qui diminue considérablement la recombinaison des porteurs. La bande interdite du SWCNT est inversement proportionnelle au diamètre du tube, ce qui signifie que le SWCNT peut afficher plusieurs bandes interdites directes correspondant au spectre solaire.

Un puissant champ électrique intégré dans SWCNT pour une séparation efficace des paires électron-trou photogénérées a été démontré en utilisant deux électrodes métalliques asymétriques avec des fonctions de travail hautes et basses. La tension en circuit ouvert (Voc) est de 0,28 V, avec un courant de court-circuit (Isc) de 1,12 nA • cm − 2 avec une source de lumière incidente de 8,8 W • cm − 2. Le facteur de conversion de la lumière blanche qui en résulte est de 0,8%.

Défis
Plusieurs défis doivent être relevés pour que les NTC soient utilisées dans les applications photovoltaïques. Le CNT dégrade les heures supplémentaires dans un environnement riche en oxygène. La couche de passivation nécessaire pour empêcher l’oxydation des NTC peut réduire la transparence optique de la région d’électrode et abaisser le rendement photovoltaïque.

Défis en tant que moyen de transport efficace des transporteurs
Des défis supplémentaires impliquent la dispersion de NTC dans la couche photoactive de polymère.Le CNT doit être bien dispersé dans la matrice polymère pour former des voies efficaces de transfert de charge entre les excitons et l’électrode

Défis comme couche de matrice photoactive
Les défis du CNT pour la couche photoactive sont son manque de capacité à former une jonction pn, du fait de la difficulté de doper certains segments d’un CNT. (Une jonction pn crée un potentiel interne intégré, fournissant une voie de séparation efficace des porteurs dans le photovoltaïque.) Pour surmonter cette difficulté, la courbure de la bande d’énergie a été réalisée à l’aide de deux électrodes de différentes fonctions. Un fort champ électrique intégré couvrant tout le canal SWCNT est formé pour une séparation de porteuse à haut rendement. Le problème d’oxydation avec les NTC est plus critique pour cette application. Les NTC oxydés ont tendance à devenir plus métalliques et donc moins utiles en tant que matériau photovoltaïque.

Sensibilisant aux colorants
Les cellules solaires à colorant sont constituées d’une anode photo-sensibilisée, d’un électrolyte et d’un système photoélectrochimique. Les cellules solaires hybrides à base de cellules solaires à colorant sont formées de matériaux inorganiques (TiO2) et de matériaux organiques.

Matériaux
Les cellules solaires hybrides à base de cellules solaires à colorant sont fabriquées à partir de matériaux inorganiques absorbant les colorants et de matériaux organiques. Le TiO2 est le matériau inorganique préféré car ce matériau est facile à synthétiser et agit comme un semi-conducteur de type n en raison des lacunes en oxygène de type donneur. Cependant, l’oxyde de titane n’absorbe qu’une petite fraction du spectre UV. Les sensibilisateurs moléculaires (molécules de colorant) attachés à la surface du semi-conducteur sont utilisés pour recueillir une plus grande partie du spectre. Dans le cas des cellules solaires sensibilisées aux colorants au dioxyde de titane, un photon absorbé par une couche de molécule sensibilisant aux colorants induit une injection d’électrons dans la bande de conduction de l’oxyde de titane, entraînant un flux de courant. Cependant, la courte longueur de diffusion (diffusivité, Dn≤10−4 cm2 / s) dans les cellules solaires sensibilisées au dioxyde de titane diminue l’efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie. Pour améliorer la longueur de diffusion (ou durée de vie du support), une variété de matériaux organiques sont attachés à l’oxyde de titane.

Schéma de fabrication
Cellule photoélectrochimique sensibilisée par colorant (cellule de Grätzel)
Les nanoparticules de TiO ₂ sont synthétisées à plusieurs dizaines de nanomètres (~ 100 nm). Pour fabriquer une cellule photovoltaïque, des sensibilisateurs moléculaires (molécules de colorant) sont attachés à la surface de l’oxyde de titane. L’oxyde de titane absorbé par colorant est finalement enfermé par un électrolyte liquide. Ce type de cellule solaire à colorant est également connu sous le nom de cellule de Grätzel. La cellule solaire sensibilisée au colorant présente l’inconvénient d’une longueur de diffusion courte. Récemment, des sensibilisateurs supermoléculaires ou multifonctionnels ont été étudiés afin d’améliorer la longueur de diffusion des porteurs. Par exemple, un chromophore de colorant a été modifié par l’addition de donneurs d’électrons secondaires. Les porteurs minoritaires (trous dans ce cas) diffusent vers les donneurs d’électrons attachés pour se recombiner. Par conséquent, la recombinaison électron-trou est retardée par la séparation physique entre le fragment colorant-cation et la surface de TiO2, comme le montre la Fig. 5. Enfin, ce processus augmente la longueur de diffusion du support, ce qui augmente la durée de vie du support.

Cellule solaire à colorant à l’état solide
Les matériaux mésoporeux contiennent des pores de diamètre compris entre 2 et 50 nm. Un film mésoporeux de TiO2 sensibilisé par un colorant peut être utilisé pour la fabrication de cellules photovoltaïques et cette cellule solaire est appelée «cellule solaire sensibilisée au colorant à l’état solide». Les pores du film mince de TiO2 mésoporeux sont remplis d’un matériau conducteur de trou solide tel qu’un semi-conducteur de type p ou un matériau conducteur de trou organique. Remplacer l’électrolyte liquide dans les cellules de Grätzel par un matériau solide de transport de charge peut être bénéfique. Le processus de génération et de recombinaison des électrons est identique à celui des cellules de Grätzel. Des électrons sont injectés à partir du colorant photoexcité dans la bande de conduction de l’oxyde de titane et les trous sont transportés par une électrolyte solide de transport de charge vers une électrode. De nombreux matériaux organiques ont été testés pour obtenir une efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie élevée dans des cellules solaires synthétisées par colorant à base de film mince d’oxyde de titane mésoporeux.

Facteurs d’efficacité
Les facteurs d’efficacité démontrés pour les cellules solaires à colorant sont

Paramètres	Types de cellules solaires à colorant
	Cellule Grätzel	État solide
Efficacité (%)	~ 10–11	~ 4
V oc (V)	~ 0.7	~ 0,40
J sc (mA / cm 2 )	~ 20	~ 9.10
Facteur de remplissage	~ 0,67	~ 0,6

Défis
Les électrolytes organiques liquides contiennent de l’iode hautement corrosif, entraînant des problèmes de fuite, d’étanchéité, de manipulation, de désorption de colorant et d’entretien. Une grande attention est maintenant portée sur l’électrolyte pour résoudre ces problèmes.

Pour les cellules solaires sensibilisées aux colorants à l’état solide, le premier défi provient des structures mésoporeuses de titane désordonnées. Les structures en oxyde de titane mésoporeux doivent être fabriquées avec des structures en oxyde de titane bien ordonnées de taille uniforme (~ 10 nm). Le deuxième défi vient du développement de l’électrolyte solide, qui doit posséder ces propriétés:

L’électrolyte doit être transparent au spectre visible (large bande interdite).
La fabrication devrait être possible pour déposer l’électrolyte solide sans dégrader la couche de molécule de colorant sur l’oxyde de titane.

Le LUMO de la molécule de colorant devrait être plus élevé que la bande de conduction de l’oxyde de titane.

Plusieurs semi-conducteurs de type p ont tendance à se cristalliser à l’intérieur des films d’oxyde de titane mésoporeux, détruisant le contact molécule-oxyde de titane. Par conséquent, l’électrolyte solide doit être stable pendant le fonctionnement.

Inorganique nanostructurée – petites molécules
En 2008, les scientifiques ont pu créer une structure lamellaire nanostructurée qui offre une conception idéale pour les cellules solaires à hétérojonction en vrac. La structure observée est composée de ZnO et de petites molécules organiques conductrices qui s’assemblent en couches alternées de composants organiques et inorganiques. Cette structure hautement organisée, qui est stabilisée par un empilement π-π entre les molécules organiques, permet de conduire des voies à la fois dans les couches organiques et inorganiques. Les épaisseurs des couches (environ 1 à 3 nm) se situent bien dans la longueur de diffusion de l’exciton, ce qui minimise idéalement la recombinaison entre les porteurs de charge. Cette structure maximise également l’interface entre le ZnO inorganique et les molécules organiques, ce qui permet une densité de charge chromophore élevée dans la structure. En raison du choix des matériaux, ce système est non toxique et écologique, contrairement à de nombreux autres systèmes utilisant du plomb ou du cadmium.

Bien que ce système n’ait pas encore été intégré à un dispositif photovoltaïque, des mesures préliminaires de photoconductivité ont montré que ce système figure parmi les valeurs les plus élevées mesurées pour les photoconducteurs en silicium organique, hybride et amorphe.