À la fin des années 1960, il a été découvert que les colorants organiques illuminés peuvent générer de l’électricité au niveau des électrodes d’oxyde dans les cellules électrochimiques. Dans le but de comprendre et de simuler les processus primaires de la photosynthèse, le phénomène a été étudié à l’Université de Californie à Berkeley avec de la chlorophylle extraite d’épinards (approche bio-mimétique ou bionique). Sur la base de ces expériences, la production d’énergie électrique via le principe de la cellule solaire de sensibilisation aux colorants (DSSC) a été démontrée et discutée en 1972. L’instabilité de la cellule solaire à colorant a été identifiée comme un défi principal. Son efficacité pourrait, au cours des deux décennies suivantes, être améliorée en optimisant la porosité de l’électrode préparée à partir de poudre d’oxyde fin, mais l’instabilité restait un problème.
Un DSSC moderne de type n, le type de DSSC le plus courant, est composé d’une couche poreuse de nanoparticules de dioxyde de titane, recouverte d’un colorant moléculaire qui absorbe la lumière du soleil, comme la chlorophylle des feuilles vertes. Le dioxyde de titane est immergé sous une solution d’électrolyte au-dessus de laquelle se trouve un catalyseur à base de platine. Comme dans une pile alcaline classique, une anode (le dioxyde de titane) et une cathode (le platine) sont placées de part et d’autre d’un conducteur liquide (l’électrolyte).
Le principe de fonctionnement des DSSC de type n peut être résumé en quelques étapes de base. La lumière du soleil traverse l’électrode transparente dans la couche de colorant où elle peut exciter des électrons qui s’écoulent ensuite dans la bande de conduction du semi-conducteur de type n, généralement du dioxyde de titane. Les électrons du dioxyde de titane s’écoulent ensuite vers l’électrode transparente où ils sont collectés pour alimenter une charge. Après avoir traversé le circuit externe, ils sont réintroduits dans la cellule sur une électrode métallique à l’arrière, également appelée contre-électrode, et s’écoulent dans l’électrolyte. L’électrolyte transporte ensuite les électrons vers les molécules de colorant et régénère le colorant oxydé.
Le principe de fonctionnement de base ci-dessus est similaire dans un DSSC de type p, où le semi-conducteur sensibilisé au colorant est de nature de type p (typiquement de l’oxyde de nickel). Cependant, au lieu d’injecter un électron dans le semi-conducteur, dans un DSSC de type p, un trou s’écoule du colorant dans la bande de valence du semi-conducteur de type p.
Les cellules solaires sensibilisées aux colorants séparent les deux fonctions fournies par le silicium dans une conception de cellules traditionnelle. Normalement, le silicium agit à la fois comme source de photoélectrons et fournit le champ électrique pour séparer les charges et créer un courant. Dans la cellule solaire sensibilisée au colorant, la majeure partie du semi-conducteur est utilisée uniquement pour le transport de charge, les photoélectrons sont fournis à partir d’un colorant photosensible séparé. La séparation des charges se produit aux surfaces entre le colorant, le semi-conducteur et l’électrolyte.
Les molécules de colorant sont assez petites (taille nanométrique), donc afin de capturer une quantité raisonnable de la lumière entrante, la couche de molécules de colorant doit être assez épaisse, beaucoup plus épaisse que les molécules elles-mêmes. Pour résoudre ce problème, un nanomatériau est utilisé comme échafaudage pour contenir un grand nombre de molécules de colorant dans une matrice 3D, ce qui augmente le nombre de molécules pour une surface donnée de la cellule. Dans les conceptions existantes, cet échafaudage est fourni par le matériau semi-conducteur, qui sert à double usage.
Matériaux de contre-électrode
L’un des composants les plus importants du DSSC est la contre-électrode. Comme indiqué précédemment, la contre-électrode est chargée de collecter les électrons du circuit externe et de les réintroduire dans l’électrolyte pour catalyser la réaction de réduction de la navette redox, généralement I3-à I-. Ainsi, il est important que la contre-électrode présente non seulement une conductivité électronique et une capacité de diffusion élevées, mais également une stabilité électrochimique, une activité catalytique élevée et une structure de bande appropriée. Le matériau de contre-électrode le plus couramment utilisé actuellement est le platine dans les DSSC, mais il n’est pas durable en raison de ses coûts élevés et de ses ressources limitées. Ainsi, de nombreuses recherches ont été axées sur la découverte de nouveaux matériaux hybrides et dopés pouvant remplacer le platine avec des performances électrocatalytiques comparables ou supérieures. Une de ces catégories étant largement étudiée comprend les composés chalcogènes du cobalt, du nickel et du fer (CCNI), en particulier les effets de la morphologie, de la stoechiométrie et de la synergie sur les performances résultantes. Il a été constaté qu’en plus de la composition élémentaire du matériau, ces trois paramètres ont un impact important sur l’efficacité de la contre-électrode résultante. Bien sûr, il existe une variété d’autres matériaux en cours de recherche, tels que des carbones hautement mésoporeux, des matériaux à base d’étain, des nanostructures d’or, ainsi que des nanocristaux à base de plomb. Cependant, la section suivante compile une variété d’efforts de recherche en cours concernant spécifiquement le CCNI pour optimiser les performances de la contre-électrode DSSC.
MorphologiEdit
Même avec la même composition, la morphologie des nanoparticules qui composent la contre-électrode joue un rôle si essentiel dans la détermination de l’efficacité du photovoltaïque global. Parce que le potentiel électrocatalytique d’un matériau dépend fortement de la surface disponible pour faciliter la diffusion et la réduction des espèces redox, de nombreux efforts de recherche ont été axés sur la compréhension et l’optimisation de la morphologie des nanostructures pour les contre-électrodes DSSC.
En 2017, Huang et al. utilisation de divers tensioactifs dans une synthèse hydrothermale assistée par microémulsion de cristaux composites CoSe2 / CoSeO3 pour produire des nanocubes, des nanorodes et des nanoparticules. La comparaison de ces trois morphologies a révélé que les nanoparticules composites hybrides, en raison de leur plus grande surface électroactive, avaient le rendement de conversion de puissance le plus élevé de 9,27%, encore plus élevé que son homologue en platine. De plus, la morphologie des nanoparticules présentait la densité de courant de crête la plus élevée et le plus petit écart de potentiel entre les potentiels de crête anodique et cathodique, ce qui impliquait la meilleure capacité électrocatalytique.
Avec une étude similaire mais un système différent, Du et al. en 2017, il a été déterminé que l’oxyde ternaire de NiCo2O4 avait la plus grande efficacité de conversion de puissance et la capacité électrocatalytique en tant que nanoflorures par rapport aux nanorodes ou aux nanofluorures. Du et coll. réalisé que l’exploration de divers mécanismes de croissance qui aident à exploiter les plus grandes surfaces actives des nanoflorées peut fournir une ouverture pour étendre les applications du DSSC à d’autres domaines.
StoechiométriEdit
Bien entendu, la composition du matériau utilisé comme contre-électrode est extrêmement importante pour créer un photovoltaïque de travail, car les bandes d’énergie de valence et de conduction doivent se chevaucher avec celles des espèces d’électrolytes redox pour permettre un échange d’électrons efficace.
En 2018, Jin et al. préparer des films ternaires de séléniure de nickel-cobalt (NixCoySe) à divers rapports stoechiométriques de nickel et de cobalt pour comprendre son impact sur les performances cellulaires résultantes. Les alliages bimétalliques de nickel et de cobalt étaient connus pour avoir une conduction et une stabilité électroniques exceptionnelles, de sorte que l’optimisation de sa stœchiométrie produirait idéalement une performance cellulaire plus efficace et stable que ses homologues uniquement métalliques. Tel est le résultat que Jin et al. trouvé, comme Ni0.12Co0.80Se a atteint une efficacité de conversion de puissance supérieure (8,61%), une impédance de transfert de charge inférieure et une capacité électrocatalytique supérieure à celle de ses homologues au platine et au séléniure binaire.
SynergyEdit
Un dernier domaine qui a été activement étudié est la synergie de différents matériaux pour favoriser des performances électroactives supérieures. Que ce soit par le biais de divers matériaux de transport de charge, d’espèces électrochimiques ou de morphologies, l’exploitation de la relation synergique entre différents matériaux a ouvert la voie à des matériaux de contre-électrode encore plus récents.
En 2016, Lu et al. mélange de microparticules de sulfure de nickel-cobalt avec des nanoflakes d’oxyde de graphène réduit (rGO) pour créer la contre-électrode. Lu et coll. découvert non seulement que le rGO agissait comme un co-catalyseur pour accélérer la réduction du triiodure, mais aussi que les microparticules et le rGO avaient une interaction synergique qui diminuait la résistance au transfert de charge du système global. Bien que l’efficacité de ce système soit légèrement inférieure à celle de son analogue platine (efficacité du système NCS / rGO: 8,96%; efficacité du système Pt: 9,11%), il a fourni une plate-forme sur laquelle d’autres recherches peuvent être menées.
ConstructionEdit
Dans le cas de la conception originale de Grätzel et O’Regan, la cellule comporte 3 parties principales. Sur le dessus se trouve une anode transparente en dioxyde d’étain dopé au fluorure (SnO2: F) déposée au dos d’une plaque (typiquement en verre). Au dos de cette plaque conductrice se trouve une fine couche de dioxyde de titane (TiO2), qui forme une structure hautement poreuse avec une surface extrêmement élevée. Le (TiO2) est lié chimiquement par un processus appelé frittage. Le TiO2 n’absorbe qu’une petite fraction des photons solaires (ceux des UV). La plaque est ensuite immergée dans un mélange d’un colorant ruthénium-polypyridyle photosensible (également appelé sensibilisants moléculaires) et d’un solvant. Après trempage du film dans la solution de colorant, une fine couche du colorant est laissée liée de manière covalente à la surface du TiO2. La liaison est une liaison de pontage ester, chélatante ou bidentate.
On réalise ensuite une plaque séparée avec une fine couche de l’électrolyte iodure étalée sur une feuille conductrice, typiquement du platine métallique. Les deux plaques sont ensuite assemblées et scellées ensemble pour empêcher l’électrolyte de fuir. La construction est assez simple pour qu’il existe des kits de loisirs disponibles pour les construire à la main. Bien qu’ils utilisent un certain nombre de matériaux « avancés », ceux-ci sont peu coûteux par rapport au silicium nécessaire pour les cellules normales car ils ne nécessitent aucune étape de fabrication coûteuse. Le TiO2, par exemple, est déjà largement utilisé comme base de peinture.
L’un des dispositifs DSSCs efficaces utilise un colorant moléculaire à base de ruthénium, par exemple (N3), qui est lié à un photoanode via des fragments carboxylates. Le photoanode est constitué d’un film de 12 µm d’épaisseur de nanoparticules de TiO2 transparentes de 10 à 20 nm de diamètre recouvertes d’un film de 4 µm d’épaisseur de particules beaucoup plus grosses (400 nm de diamètre) qui dispersent les photons dans le film transparent. Le colorant excité injecte rapidement un électron dans le TiO2 après absorption de la lumière. L’électron injecté diffuse à travers le réseau de particules frittées pour être collecté au niveau de l’électrode d’oxyde conducteur transparent (TCO) de face avant, tandis que le colorant est régénéré par réduction par une navette redox, I3−/I−, dissoute dans une solution. La diffusion de la forme oxydée de la navette vers la contre-électrode complète le circuit.
Mécanisme de DSSCsEdit
Les étapes suivantes convertissent dans un photon DSSC conventionnel de type n (lumière) en courant:
- Le photon incident est absorbé par le photosensibilisateur (par exemple. Complexe Ru) adsorbé sur la surface de TiO2.
- Les photosensibilisateurs sont excités de l’état fondamental(S) à l’état excité(S∗). Les électrons excités sont injectés dans la bande de conduction de l’électrode TiO2. Il en résulte l’oxydation du photosensibilisateur (S+).
S + hν → S∗(1)
S ⋅ → TiO 2 S + + e − {\displaystyle {\ce {S^{.}->{S+}+e-}}}(2)
- Les électrons injectés dans la bande de conduction de TiO2 sont transportés entre des nanoparticules de TiO2 avec diffusion vers le contact arrière (TCO). Et les électrons atteignent finalement la contre-électrode à travers le circuit.
- Le photosensibilisateur oxydé (S+) accepte les électrons du médiateur redox, typiquement le médiateur redox ionique, conduisant à la régénération de l’état fondamental (S), et deux ions I– sont oxydés en Iode élémentaire qui réagit avec I− à l’état oxydé, I3−.
S+ + e− → S(3)
- Le médiateur oxydant rédox, I3−, diffuse vers la contre−électrode et puis il est réduit en ions I.
I3− + 2 e− → 3 I−(4)
L’efficacité d’un DSSC dépend de quatre niveaux d’énergie du composant : l’état excité (approximativement LUMO) et l’état fondamental (HOMO) du photosensibilisateur, le niveau de Fermi de l’électrode TiO2 et le potentiel redox du médiateur (I−/I3−) dans l’électrolyte.
Morphologie de type nanoplantmodifier
Dans le DSSC, les électrodes étaient constituées de nanoparticules semi-conductrices frittées, principalement du TiO2 ou du ZnO. Ces DSSC à nanoparticules reposent sur une diffusion limitée par piège à travers les nanoparticules semi-conductrices pour le transport des électrons. Cela limite l’efficacité de l’appareil car il s’agit d’un mécanisme de transport lent. La recombinaison est plus susceptible de se produire à des longueurs d’onde de rayonnement plus longues. De plus, le frittage des nanoparticules nécessite une température élevée d’environ 450 °C, ce qui limite la fabrication de ces cellules à des substrats solides robustes et rigides. Il a été prouvé qu’il y a une augmentation de l’efficacité du DSSC, si l’électrode à nanoparticules frittées est remplacée par une électrode spécialement conçue possédant une morphologie exotique de type « nanoplant ».
OperationEdit
Dans un DSSC conventionnel de type n, la lumière du soleil pénètre dans la cellule par le contact supérieur transparent SnO2:F, frappant le colorant à la surface du TiO2. Les photons frappant le colorant avec suffisamment d’énergie pour être absorbés créent un état excité du colorant, à partir duquel un électron peut être « injecté » directement dans la bande de conduction du TiO2. De là, il se déplace par diffusion (à la suite d’un gradient de concentration d’électrons) jusqu’à l’anode claire sur le dessus.
Pendant ce temps, la molécule de colorant a perdu un électron et la molécule se décomposera si un autre électron n’est pas fourni. Le colorant dépouille l’un de l’iodure dans l’électrolyte sous le TiO2, l’oxydant en triiodure. Cette réaction se produit assez rapidement par rapport au temps qu’il faut à l’électron injecté pour se recombiner avec la molécule de colorant oxydée, empêchant cette réaction de recombinaison qui court-circuiterait efficacement la cellule solaire.
Le triiodure récupère alors son électron manquant en diffusant mécaniquement au fond de la cellule, où la contre-électrode réintroduit les électrons après avoir traversé le circuit externe.
Efficacitémodifier
Plusieurs mesures importantes sont utilisées pour caractériser les cellules solaires. Le plus évident est la quantité totale d’énergie électrique produite pour une quantité donnée d’énergie solaire qui brille sur la cellule. Exprimé en pourcentage, c’est ce qu’on appelle l’efficacité de conversion solaire. La puissance électrique est le produit du courant et de la tension, de sorte que les valeurs maximales pour ces mesures sont également importantes, respectivement Jsc et Cov. Enfin, afin de comprendre la physique sous-jacente, l' »efficacité quantique » est utilisée pour comparer la chance qu’un photon (d’une énergie particulière) crée un électron.
En termes d’efficacité quantique, les DSSC sont extrêmement efficaces. En raison de leur « profondeur » dans la nanostructure, il y a de très fortes chances qu’un photon soit absorbé, et les colorants sont très efficaces pour les convertir en électrons. La plupart des petites pertes qui existent dans les DSSC sont dues à des pertes de conduction dans le TiO2 et l’électrode transparente, ou à des pertes optiques dans l’électrode avant. L’efficacité quantique globale pour la lumière verte est d’environ 90%, les 10% « perdus » étant en grande partie expliqués par les pertes optiques dans l’électrode supérieure. L’efficacité quantique des conceptions traditionnelles varie en fonction de leur épaisseur, mais est à peu près la même que celle du DSSC.
En théorie, la tension maximale générée par une telle cellule est simplement la différence entre le niveau (quasi-)de Fermi du TIO 2 et le potentiel redox de l’électrolyte, de l’ordre de 0,7 V dans des conditions d’éclairage solaire (Cov). Autrement dit, si un DSSC éclairé est connecté à un voltmètre dans un « circuit ouvert », il indiquerait environ 0,7 V. En termes de tension, les DSSC offrent des Cov légèrement plus élevés que le silicium, environ 0,7 V par rapport à 0,6 V. Il s’agit d’une différence assez faible, de sorte que les différences réelles sont dominées par la production actuelle, Jsc.
Bien que le colorant soit très efficace pour convertir les photons absorbés en électrons libres dans le TiO2, seuls les photons absorbés par le colorant produisent finalement du courant. La vitesse d’absorption des photons dépend du spectre d’absorption de la couche de TiO2 sensibilisée et du spectre du flux solaire. Le chevauchement entre ces deux spectres détermine le photocourant maximal possible. Les molécules de colorant généralement utilisées ont généralement une absorption plus faible dans la partie rouge du spectre par rapport au silicium, ce qui signifie que moins de photons dans la lumière du soleil sont utilisables pour la génération actuelle. Ces facteurs limitent le courant généré par un DSSC, à titre de comparaison, une cellule solaire traditionnelle à base de silicium offre environ 35 mA/cm2, alors que les DSSC actuels offrent environ 20 mA/cm2.
L’efficacité globale de conversion de puissance de crête pour les DSSC actuels est d’environ 11%. Le record actuel pour les prototypes est de 15%.
Dégradationmodifier
Les DSSC se dégradent lorsqu’ils sont exposés au rayonnement ultraviolet. En 2014, l’infiltration d’air de la couche de transport de trous de Spiro-MeOTAD amorphe couramment utilisée a été identifiée comme la principale cause de la dégradation, plutôt que l’oxydation. Les dommages pourraient être évités par l’ajout d’une barrière appropriée.
La couche barrière peut comprendre des stabilisants UV et/ou des chromophores luminescents absorbant les UV (qui émettent à des longueurs d’onde plus longues qui peuvent être réabsorbées par le colorant) et des antioxydants pour protéger et améliorer l’efficacité de la cellule.
Avantagesmodifier
Les CSSD sont actuellement la technologie solaire de troisième génération la plus efficace (Utilisation de l’énergie solaire pour la recherche fondamentale de 2005 16) disponible. Les autres technologies à couches minces sont généralement comprises entre 5% et 13%, et les panneaux de silicium commerciaux traditionnels à faible coût fonctionnent entre 14% et 17%. Cela rend les DSSC attrayants pour remplacer les technologies existantes dans les applications « à faible densité » telles que les capteurs solaires sur les toits, où la robustesse mécanique et le poids léger du collecteur sans verre sont un avantage majeur. Ils peuvent ne pas être aussi attrayants pour les déploiements à grande échelle où les cellules à plus haut coût et à plus haut rendement sont plus viables, mais même de faibles augmentations de l’efficacité de conversion du DSSC pourraient les rendre également adaptées à certains de ces rôles.
Il y a un autre domaine où les CSSD sont particulièrement attrayants. Le processus d’injection d’un électron directement dans le TiO2 est qualitativement différent de celui qui se produit dans une cellule traditionnelle, où l’électron est « promu » dans le cristal d’origine. En théorie, compte tenu de faibles taux de production, l’électron de haute énergie dans le silicium pourrait se recombiner avec son propre trou, dégageant un photon (ou une autre forme d’énergie) qui n’entraîne pas la génération de courant. Bien que ce cas particulier ne soit pas courant, il est assez facile pour un électron généré par un autre atome de se combiner avec un trou laissé lors d’une photoexcitation précédente.
En comparaison, le procédé d’injection utilisé dans le DSSC n’introduit pas de trou dans le TiO2, seulement un électron supplémentaire. Bien qu’il soit énergétiquement possible pour l’électron de se recombiner dans le colorant, la vitesse à laquelle cela se produit est assez lente par rapport à la vitesse à laquelle le colorant récupère un électron de l’électrolyte environnant. Une recombinaison directement du TiO2 en espèces dans l’électrolyte est également possible bien que, là encore, pour des dispositifs optimisés, cette réaction soit plutôt lente. Au contraire, le transfert d’électrons de l’électrode revêtue de platine vers les espèces de l’électrolyte est nécessairement très rapide.
En raison de ces « cinétiques différentielles » favorables, les DSSC fonctionnent même dans des conditions de faible luminosité. Les DSSC sont donc capables de travailler sous un ciel nuageux et sous un soleil non direct, alors que les conceptions traditionnelles subiraient une « découpe » à une limite inférieure d’éclairage, lorsque la mobilité du porteur de charge est faible et que la recombinaison devient un problème majeur. La coupure est si faible qu’ils sont même proposés pour une utilisation en intérieur, collectant l’énergie pour les petits appareils à partir des lumières de la maison.
Un avantage pratique que les DSSC partagent avec la plupart des technologies à couches minces est que la robustesse mécanique de la cellule conduit indirectement à des rendements plus élevés à des températures plus élevées. Dans tout semi-conducteur, l’augmentation de la température favorisera certains électrons dans la bande de conduction « mécaniquement ». La fragilité des cellules en silicium traditionnelles exige qu’elles soient protégées des éléments, généralement en les enfermant dans une boîte en verre semblable à une serre, avec un support en métal pour la résistance. De tels systèmes subissent des baisses d’efficacité notables à mesure que les cellules chauffent à l’intérieur. Les DSSC sont normalement construits avec seulement une fine couche de plastique conducteur sur la couche avant, ce qui leur permet de rayonner beaucoup plus facilement la chaleur, et donc de fonctionner à des températures internes plus basses.
Désavantagesmodifier
L’inconvénient majeur de la conception DSSC est l’utilisation de l’électrolyte liquide, qui présente des problèmes de stabilité en température. À basse température, l’électrolyte peut geler, arrêter la production d’énergie et potentiellement entraîner des dommages physiques. Des températures plus élevées provoquent l’expansion du liquide, ce qui pose un grave problème d’étanchéité des panneaux. Un autre inconvénient est que le ruthénium (colorant), le platine (catalyseur) et le verre ou le plastique conducteur (contact) coûteux sont nécessaires pour produire un DSSC. Un troisième inconvénient majeur est que la solution d’électrolyte contient des composés organiques volatils (ou COV), des solvants qui doivent être soigneusement scellés car ils sont dangereux pour la santé humaine et l’environnement. Ceci, ainsi que le fait que les solvants imprègnent les plastiques, a empêché une application extérieure à grande échelle et une intégration dans une structure flexible.
Le remplacement de l’électrolyte liquide par un solide a été un domaine de recherche majeur en cours. Des expériences récentes utilisant des sels fondus solidifiés se sont révélées prometteuses, mais souffrent actuellement d’une dégradation plus élevée pendant le fonctionnement continu et ne sont pas flexibles.
Photocathodes et cellules en tandem
Les cellules solaires sensibilisées au colorant fonctionnent comme une photoanode (n-DSC), où le photocourant résulte de l’injection d’électrons par le colorant sensibilisé. Les photocathodes (p-DSCS) fonctionnent en mode inverse par rapport au n-DSC conventionnel, où l’excitation du colorant est suivie d’un transfert rapide d’électrons d’un semi-conducteur de type p vers le colorant (injection de trous sensibilisés au colorant, au lieu de l’injection d’électrons). De tels p-DSCs et n-DSCs peuvent être combinés pour construire des cellules solaires en tandem (pn-DSCs) et l’efficacité théorique des DSCS en tandem est bien au-delà de celle des DSCS à jonction unique.
Une cellule tandem standard se compose d’un n-DSC et d’un p-DSC dans une configuration sandwich simple avec une couche d’électrolyte intermédiaire. n-DSC et p-DSC sont connectés en série, ce qui implique que le photocourant résultant sera contrôlé par la photoélectrode la plus faible, alors que les photovoltages sont additifs. Ainsi, l’appariement des photocourants est très important pour la construction de pn-DSCS tandem très efficaces. Cependant, contrairement aux n-DSCS, la recombinaison de charge rapide après l’injection de trous sensibilisés au colorant a généralement entraîné de faibles courants photoélectriques dans le p-DSC et a donc entravé l’efficacité de l’ensemble du dispositif.
Les chercheurs ont découvert que l’utilisation de colorants comprenant un perylenemonoimide (PMI) comme accepteur et un oligothiophène couplé à la triphénylamine comme donneur améliore considérablement les performances du p-DSC en réduisant le taux de recombinaison de charge après injection de trou sensibilisé au colorant. Les chercheurs ont construit un dispositif DSC en tandem avec NiO du côté p-DSC et TiO2 du côté n-DSC. L’adaptation des photocourants a été réalisée grâce à l’ajustement des épaisseurs de film NiO et TiO2 pour contrôler les absorptions optiques et donc correspondre aux photocourants des deux électrodes. L’efficacité de conversion d’énergie de l’appareil est de 1,91%, ce qui dépasse l’efficacité de ses composants individuels, mais reste beaucoup plus faible que celle des appareils n-DSC haute performance (6% -11%). Les résultats sont encore prometteurs puisque le tandem DSC était en soi rudimentaire. L’amélioration spectaculaire des performances du p-DSC peut éventuellement conduire à des dispositifs en tandem avec une efficacité beaucoup plus grande que les n-DSC isolés.
Comme mentionné précédemment, l’utilisation d’un électrolyte à l’état solide présente plusieurs avantages par rapport à un système liquide (comme l’absence de fuite et un transport de charge plus rapide), ce qui a également été réalisé pour des photocathodes sensibilisées aux colorants. En utilisant des matériaux de transport d’électrons tels que le PCBM, le TiO2 et le ZnO au lieu de l’électrolyte de couple redox liquide conventionnel, les chercheurs ont réussi à fabriquer des p-DSCs à l’état solide (p-SSDSC), en visant des cellules solaires sensibilisées au colorant tandem à l’état solide, qui ont le potentiel d’atteindre des photovoltances beaucoup plus grandes qu’un dispositif tandem liquide.