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Cellules solaires nano bon marché
Des chercheurs de l'Université de Notre Dame, dans l'Indiana, ont démontré un moyen d'améliorer considérablement l'efficacité des cellules solaires fabriquées à l'aide de matériaux à faible coût et facilement disponibles, y compris un produit chimique couramment utilisé dans les peintures.
Sortie de secours: Les électrons créés dans une cellule solaire à base de nanoparticules doivent suivre un chemin détourné (ligne rouge) pour atteindre une électrode. Beaucoup n'y parviennent pas, ce qui réduit l'efficacité de ces cellules. Des chercheurs de Notre Dame ont utilisé des nanotubes de carbone pour aider les électrons à atteindre l'électrode, améliorant ainsi l'efficacité.
Les chercheurs ont ajouté des nanotubes de carbone à paroi simple à un film composé de nanoparticules de dioxyde de titane, doublant ainsi l'efficacité de la conversion de la lumière ultraviolette en électrons par rapport aux performances des nanoparticules seules. Les cellules solaires pourraient être utilisées pour fabriquer de l'hydrogène pour les piles à combustible directement à partir de l'eau ou pour produire de l'électricité. L'oxyde de titane est un ingrédient principal de la peinture blanche.
L'approche, développée par le professeur de chimie et biochimie de Notre Dame Prashant Kamat et ses collègues, aborde l'une des limitations les plus importantes des cellules solaires à base de nanoparticules. (Voir Silicon and Sun .) De telles cellules sont attrayantes car les nanoparticules ont un grand potentiel pour absorber la lumière et générer des électrons. Mais jusqu'à présent, l'efficacité des dispositifs réels constitués de telles nanoparticules a été considérablement inférieure à celle des cellules solaires au silicium conventionnelles. C'est en grande partie parce qu'il s'est avéré difficile d'exploiter les électrons générés pour créer un courant.
En effet, sans les nanotubes de carbone, les électrons générés lorsque la lumière est absorbée par les particules d'oxyde de titane doivent sauter de particule en particule pour atteindre une électrode. Beaucoup ne parviennent jamais à générer un courant électrique. Les nanotubes de carbone collectent les électrons et fournissent une route plus directe vers l'électrode, améliorant ainsi l'efficacité des cellules solaires.
Comme ils l'ont écrit en ligne dans le journal Lettres nano , les chercheurs de Notre Dame forment un tapis de nanotubes de carbone sur une électrode. Les nanotubes servent d'échafaudage sur lequel les particules d'oxyde de titane sont déposées. C'est une approche très simple pour mettre de l'ordre dans une structure désordonnée, dit Kamat.
Le nouveau système de nanotubes de carbone et de nanoparticules n'est pas encore une cellule solaire pratique. C'est parce que l'oxyde de titane n'absorbe que la lumière ultraviolette ; la majeure partie du spectre visible de la lumière est réfléchie plutôt qu'absorbée. Mais les chercheurs ont déjà démontré des moyens de modifier les nanoparticules pour absorber le spectre visible. Dans une stratégie, une couche d'une molécule d'épaisseur de colorant absorbant la lumière est appliquée aux nanoparticules de dioxyde de titane. Une autre approche, qui a été démontrée expérimentalement par Kamat, consiste à enrober les nanoparticules de points quantiques – de minuscules cristaux semi-conducteurs. Contrairement aux matériaux conventionnels dans lesquels un photon génère un seul électron, les points quantiques ont le potentiel de convertir des photons de haute énergie en plusieurs électrons.
Plusieurs autres groupes explorent des approches pour améliorer la collecte d'électrons au sein d'une cellule, notamment la formation de nanotubes d'oxyde de titane ou de structures ramifiées complexes constituées de divers semi-conducteurs. Mais les experts disent que le travail de Kamat pourrait être une étape importante dans la création de cellules solaires moins chères et plus efficaces. C'est un travail très important, déclare Gerald Meyer, professeur de chimie à l'Université Johns Hopkins. L'utilisation de nanotubes de carbone comme conduit pour les électrons de l'oxyde de titane est une idée nouvelle, et c'est une belle expérience de preuve de principe.