Kinetically determined solar cells

The most basic principle of a solar cell is a membrane, which is selective for the passage of electrons and positive charges. In classical solar cells this selectivity or vectorial behavior is mainly accomplished by inbuilt electrical fields which characteristically requires well-crystallized materials and interfaces. In nano-structured and nano-composite solar cells, electrical fields cannot be built up and maintained to a reasonable degree. Other, kinetic, mechanisms must become active towards selective vectorial charge separation. Both, in the nano-structured dye solar cell and in the composite polymer fullerene solar cell, such mechanisms have been implemented more or less through trial and error. Kinetic irreversibility can be designed: lipid (detergent)-based dye solar cells presented in a parallel paper may show such a case. Identifying mechanisms, which permit electron transfer in one direction only but suppress it into the other direction may become an important research goal towards efficient, easily to fabricate nano-composite solar cells. Some possibilities are discussed. To cite this article: H. Tributsch, C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméLe principe le plus simple d'une cellule solaire est basé sur une membrane sélective pour le passage des électrons et des charges positives. Dans les cellules solaires classiques, cette sélectivité, ou comportement vectoriel, est réalisée par des champs électriques. Des matériaux et interfaces cristallisés sont nécessaires pour maintenir des cellules solaires avec un rendement de conversion raisonnables. Dans les cellules solaires basées sur les matériaux nanostructurés et nanocomposites, le champ électrique ne peut pas être maintenu à un degré raisonnable. D'autres mécanismes cinétiques peuvent être actifs pour réaliser la sélection vectorielle qui engendre la séparation des charges. Dans les cellules solaires à colorant basées sur des matériaux nanostructurés et dans celles basées sur des polymères et des fullerènes, de tels mécanismes ont été identifiés presque par hasard. Les cellules solaires à colorant basées sur des lipides (détergents) montrent un cas additionnel de séparation irréversible de charge. L'identification des mécanismes responsables du transfert des électrons dans une direction unique peut devenir un objectif important dans la recherche de nouvelles cellules solaires nanostructurées de haut rendement. Quelques possibilités sont discutées. Pour citer cet article : H. Tributsch, C. R. Chimie 9 (2006).