Une batterie solaire double-ion organique pour les objets connectés

D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université de Fribourg en Allemagne ont conçu une batterie solaire intégrée monolithique qui serait en mesure d’atteindre des tensions suffisamment élevées pour des applications de l’Internet des Objets (IdO). Ces derniers ont présenté leur technologie de batterie dans l’article « Organic photo-battery with high operating voltage using a multi-junction organic solar cell and an organic redox-polymer-based battery », paru dans Energy & Environmental Science.

Le système associe une cellule solaire organique multi-jonction et une batterie double-ion organique. « Des dispositifs miniatures tels que ceux qui sont développés pour l’Internet des Objets exigent des sources d’énergie aussi compactes que possible afin de fonctionner de manière autonome », expliquent les scientifiques, en ajoutant que les environnements de l’IdO présentent des limites inhérentes strictes en termes de taille.

La batterie est dotée d’un matériau actif de cathode basé sur un polymère redox conjugué basé sur la phénothiazine et un matériau d’anode basé sur du lithium métallique. Elle affiche une tension de 3,7 V, ce qui nécessite que la cellule solaire utilisée dans le système ait une tension suffisamment élevée pour photocharger la batterie sans tension ou courant externes supplémentaires.

La cellule solaire organique de 1 cm² est un dispositif à 5 jonctions doté d’une architecture inversée. Chacune des cinq unités de cellules comprend un substrat composé de verre et d’oxyde d’indium-étain (ITO), d’une couche de transport des électrons (ETL) en oxyde de zinc (ZnO), d’un absorbeur organique composé de deux polymères appelés PM6 et PC₆₀BM, d’une couche de transport des trous (HTL) basée sur PEDOT:PSS et d’un contact métallique en argent.

« L’unité de répétition a été revêtue plusieurs fois, avec les mêmes paramètres que pour les cellules à simple jonction », précisent les chercheurs en ajoutant qu’ils ont utilisé une bande adhésive en aluminium (Al) pour connecter les deux électrodes de la cellule solaire aux porte-électrodes de la batterie et un film isolant pour éviter les dérivations.

Testée dans des conditions d’illumination équivalentes à 1 Sun, la cellule solaire a affiché une tension en circuit ouvert de 4,2 V, ce qui, d’après le groupe de scientifiques, est l’une des valeurs les plus élevées jamais atteintes pour des cellules solaires traitées en solution.

Tirant profit de cette tension élevée et d’un contrôle prudent de l’intensité d’illumination et des taux de décharge, la batterie photovoltaïque double-ion pourrait être chargée en moins de 15 minutes avec des capacités de décharge allant jusqu’à 22 mAh/g. Le système peut par ailleurs atteindre une décharge moyenne de 3,6 V, une densité énergétique de 69 mWh/g et une densité de puissance de 95 mW/g.

« La batterie photovoltaïque en question, si elle affiche encore un important potentiel d’optimisation, représente un grand pas en avant dans le développement de sources d’énergie compactes pour des applications intégrées à faible puissance, et ouvrira la voie à d’autres développements pour ce genre de dispositifs utilisant des matériaux organiques actifs », concluent les universitaires.

Traduction assurée par Christelle Taureau.