Le groupe de recherche "Solar Light Energy Conversion" du Energy Technology Research Institute (ETRI) de l'AIST [1] a développé une nouvelle cellule photovoltaïque de type dye-sensitized (DSC ou cellule de type Grätzel) qui atteint un rendement de conversion de 11%, un record pour ce type de cellule.
Les chercheurs ont empilé deux cellules DSC afin de former une cellule tandem DSC, augmentant ainsi le taux de conversion. La cellule supérieure absorbe la lumière dans le visible, la cellule inférieure dans le proche infrarouge et l'infrarouge. Les colorants utilisés sont le red-dye (N719) qui présente un pic d'absorption à 540 nm (vert) et le black-dye (N749) dont le pic se situe à 600 nm (orange) mais qui absorbe jusqu'à 800 nm (proche infrarouge). La conversion photoélectrique des faibles longueurs d'ondes permet d'obtenir une forte tension électrique, celle des grandes longueurs d'ondes fournissant un fort courant, le tout expliquant le taux de conversion élevé obtenu.
Le groupe a également travaillé sur les électrodes qui sont des membranes de TiO2. Il est indispensable pour la cellule supérieure que la membrane de TiO2 soit la plus transparente possible, afin de laisser passer un maximum d'infrarouge vers la 2e cellule, tout en absorbant le maximum de visible. L'équipe a pour cela développé un nouveau procédé de fabrication, permettant d'obtenir une électrode de TiO2 extrêmement transparente et ayant une très bonne conductivité électrique.
L'électrode de la cellule inférieure est également en TiO2 mais sa structure diffère radicalement. L'importance ici est de piéger la lumière afin qu'un maximum de réactions photochimiques aient lieu. L'électrode possède donc une structure multicouche composée de particules de TiO2 de différents diamètres. Ceci permet d'allonger le cheminement des rayons lumineux à travers le colorant et donc de produire plus de courant.
Des technologies de pointe ont été nécessaires à l'obtention de cette cellule tandem DSC à haut rendement de conversion. C'est pourquoi l'objectif suivant du groupe de recherche est d'améliorer la forme et le processus de fabrication des cellules afin de diminuer les coûts. Il semblerait également qu'il soit plus efficace de développer des colorants propres aux cellules DSC tandem plutôt que d'utiliser des colorants destinés aux cellules DSC simples. Concrètement, la découverte d'un colorant plus adapté aux grandes longueurs d'ondes permettra d'améliorer les propriétés de la cellule inférieure et donc d'augmenter encore le taux de conversion de l'ensemble.
Cette recherche fait partie du sous-thème "Technologies to enable highly efficient, modular, and durable dye-sensitized solar cells" du projet NEDO [2] intitulé "Research and Development of Next-generation PV Generation System Technologies" . Les détails de la technologie seront présentés lors du 75e meeting d'électrochimie qui se tiendra à Kofu du 29 au 31 mars 2008.
[1] AIST : national institute of Advanced Industrial Science and Technology [2] NEDO : New Energy and industrial technology Development Organization
