Structure et technologie des cellules solaires organiques
Les cellules photovoltaïques organiques

5.1 Les cellules solaires nanocristallines ou cellules de Grätzel

Le principe de fonctionnement des cellules de Grätzel diffère de celui des cellules photovoltaïques organiques décrit dans le paragraphe 4. Leur principale originalité réside dans la différenciation des fonctions d’absorption des photons et de transport des charges. La partie du composant qui permet d’absorber la lumière est une interface constituée de colorants (appelé sensibilisateur S), située entre une couche de dioxyde de titane, TiO₂ de type n (membrane de type n), et un système redox (tel que iodure/triiodure) qui est un électrolyte qui constitue la membrane de type p (figure 5).

L’absorption d’un photon dans le dispositif entraîne le passage de S à l’état excité S* accompagné de l’injection d’un électron dans la bande de conduction de TiO₂ . L’électron rejoint ensuite le circuit externe par l’intermédiaire d’une électrode semi-transparente TCO [Transparent Conductor Oxide ]. Le colorant retourne à l’état fondamental S₀ lors d’un échange trou contre électron avec le milieu redox qui s’oxyde. L’électrolyte revient à sa forme réduite en donnant sa charge positive à la contre électrode (CE). La rapidité de ce processus d’oxydoréduction permet d’éviter le retour des électrons du TiO₂ vers l’état S⁺ du colorant (phénomène beaucoup plus lent). La tension maximale délivrée par une cellule nanocristalline est fixée par la différence d’énergie entre le niveau de Fermi du semi-conducteur et le potentiel d’oxydoréduction de l’électrolyte. La qualité des cellules est étroitement liée au choix de l’oxyde, du colorant et de la solution. Le meilleur rendement mesuré est de 10,4 % pour une durée de vie de 20 ans...