Intégration de couches de conversion photoniques à base de matériaux nanostructurés photoémissifs pour améliorer la capacité de stockage des cellules solaires – NANOSOLARCELL

L'objectif de ce projet est d’améliorer l’efficacité de conversion des cellules solaires photovoltaïques conventionnelles en incorporant des couches de conversion photonique à base de nanostructures photoémissives. Telles couches photoniques permettront de profiter du rayonnement UV contenu dans le spectre solaire (environ 5-8% au niveau de la terre). En effet, les cellules solaires photovoltaïques conventionnelles sont sensibles aux photons de bas énergie correspondant à la région inférieure du spectre solaire (visible), tandis que les photons UV ne sont pas utilisés dans ces procèdes. Lors de l'incorporation d’une couche de conversion photonique aux électrodes des dispositifs photovoltaïques (par exemple, à base de Si, pérovskites, colorant sensibilisé), nous attendons une augmentation de l'efficacité de conversion entre 2-3%, en raison d'une meilleure exploitation du spectre solaire.
Notre approche consiste en l'incorporation de couches de conversion photonique à base de nanostructures de carbone photoémissives et de complexes polymères capables d'exploiter une telle fraction UV de la lumière du soleil, et pouvant aussi être facilement implémentées sur des cellules photovoltaïques commerciales. Par conséquent, une approche rentable avec un impact minimal sur les techniques de fabrication disponibles actuellement est proposée. Bien que l'utilisation de couches de matériaux photoniques ait déjà été explorée dans la littérature, la nouveauté de cette projet tient à la nature des couches photoniques -combinant nanostructures de carbone et polymères- ainsi que leur intégration dans des électrodes des grandes dimensions pour évaluer les performances des cellules solaires fonctionnant en conditions réelles (e.g., exposition sous irradiation, environnements extérieurs difficiles), par opposition aux études courantes dont l'objectif est majoritairement limité à la mesure de la réponse photochimique des électrodes à l'échelle du laboratoire, dans des conditions d’exposition sous irradiation contrôlées (indoor). À cet égard, des études antérieures des partenaires du consortium ont démontré les caractéristiques photochimiques et photoémissives des nanostructures de carbone et des complexes de polymères ; les études ont aussi révélée que ces matériaux peuvent être intégrés dans des matrices polymères pour générer un composite polymère optiquement transparent. Ces matériaux peuvent également être fabriqués en utilisant des procédures à faible coût et des ressources locales (e.g., le cas des nanostructures de carbone), ce qui est extrêmement important pour stimuler leur mise en œuvre à grande échelle. Au cours de ce projet, plusieurs matériaux photoémissifs seront incorporés dans différentes matrices polymériques pour créer les couches photoniques ; elles seront ensuite intégrées sur des électrodes commerciales pour déterminer l'efficacité obtenue par les cellules solaires modifiées. Les mécanismes de vieillissement en fonction de l'exposition aux rayons UV et/ou du nombre de cycles de variation de température seront étudiés en termes d'impact sur la conversion photovoltaïque globale des cellules solaires obtenues.
Les matériaux seront testés pour leur durabilité dans des conditions environnementales agressives (e.g., poussière, niveau élevé d'irradiation) dans les pays africains du consortium.