211service.com
Enrouler des cellules solaires autour d'une fibre optique
Les cellules solaires à colorant sont flexibles et bon marché à fabriquer, mais elles ont tendance à être inefficaces pour convertir la lumière en électricité. Une façon d'augmenter les performances de toute cellule solaire est d'augmenter la surface disponible pour la lumière entrante. Ainsi, un groupe de chercheurs de Georgia Tech a fabriqué des cellules solaires à colorant avec une surface efficace beaucoup plus élevée en enroulant les cellules autour de fibres optiques. Ces cellules solaires à fibre sont six fois plus efficaces qu'une cellule solaire à oxyde de zinc avec la même surface, et si elles peuvent être construites avec des fibres polymères bon marché, elles ne devraient pas être beaucoup plus chères à fabriquer.
Solaire sur fibre : Une fibre optique (à gauche) est recouverte de nanofils d'oxyde de zinc revêtus de colorant (en gros plan, à droite). Les deux images ont été réalisées à l'aide d'un microscope électronique à balayage.
L'avantage d'un système de cellule solaire à fibre optique par rapport à un système plan est que la lumière rebondit à l'intérieur d'une fibre optique lorsqu'elle se déplace le long de sa longueur, offrant plus d'opportunités d'interagir avec la cellule solaire sur sa surface interne et produisant plus de courant. Pour un bien immobilier donné, la surface totale de la cellule est plus élevée, et une surface accrue signifie une meilleure récupération de la lumière et plus d'énergie, dit Max Shtein , professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Michigan qui n'a pas participé à la recherche.
Les cellules solaires à fibre optique pourraient également être utilisées d'une manière qui n'est pas possible actuellement. Zhong Lin Wang , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à Georgia Tech, affirme que les cellules solaires à fibre occuperaient moins de surface sur le toit que les cellules planaires, car de longues longueurs de fibres pourraient être nichées dans les murs d'une maison comme un câblage électrique.
Les cellules solaires à colorant utilisent des molécules de colorant pour absorber la lumière et générer des électrons. Le groupe Georgia Tech enlève d'abord le revêtement des fibres optiques, puis fait croître des nanofils d'oxyde de zinc le long de leur surface, comme des poils sur un cure-pipe. Ensuite, les fibres sont traitées avec des molécules de colorant, que les structures d'oxyde de zinc absorbent. L'avantage de revêtir des nanofils, plutôt qu'une surface lisse, avec le colorant est que les fils ont collectivement une très grande surface. Plus il y a de molécules de colorant sur une zone donnée d'une telle cellule, plus elle peut absorber de lumière, explique Wang. Les fibres enduites de colorant sont ensuite entourées d'un électrolyte et d'un film métallique qui transporte les électrons hors de l'appareil. Le travail est décrit en ligne dans la revue Angewandte Chemie édition internationale .
La question est, pouvez-vous absorber toute la lumière en utilisant une petite quantité de matériaux ? dit Yi Cui , professeur adjoint de science des matériaux à l'Université de Stanford. La construction d'une cellule nanostructurée sur une fibre optique permet d'y parvenir en augmentant à la fois la surface couverte par le colorant et la longueur de trajet efficace de la lumière, dit-il. Plus un photon traverse une cellule solaire longtemps, plus il a d'opportunités d'interagir et de générer un électron.
Une pierre d'achoppement potentielle pour les cellules à fibres optiques est d'obtenir suffisamment de lumière à l'intérieur d'elles en premier lieu. Les appareils de Wang ne collectent la lumière qu'à leurs extrémités, donc pour obtenir suffisamment de lumière dans une telle cellule solaire sans avoir à suivre le soleil, des fibres plus petites peuvent être regroupées. Cui dit que les extrémités des fibres pourraient être constituées de matériaux très efficaces pour diriger la lumière dans la fibre. Une autre façon de surmonter ce problème consiste à construire des cellules de fibres capables d'absorber la lumière sur toute leur longueur, pas seulement aux extrémités, sur lesquelles Shtein du Michigan travaille. C'est délicat, car cela signifie que les revêtements des cellules doivent être à la fois électriquement conducteurs et transparents, une combinaison inhabituelle.
Cependant, Shtein dit que les fibres qui absorbent la lumière des côtés offrent une architecture intéressante pour la capture de la lumière, car vous pouvez répartir les fibres dans l'espace d'une manière qui vous aide à capturer plus de photons plus efficacement que dans un appareil planaire. Plus l'angle auquel la lumière frappe une cellule plane est faible, plus la lumière se réfléchit sur sa surface. Mais la lumière se reflétant sur la surface incurvée d'une fibre à un angle faible frappera une fibre adjacente. Ces cellules pourraient être conçues de manière à ce qu'il ne soit pas nécessaire de les installer avec des systèmes de suivi du soleil, et elles fonctionneraient par temps nuageux lorsque la lumière est diffuse, explique Shtein.
Wang dit que la prochaine étape consiste à essayer différents matériaux. Jusqu'à présent, il a construit les cellules sur des fibres optiques en quartz, qui sont relativement chères. Ensuite, il prévoit d'essayer de fabriquer les cellules en utilisant des fibres polymères moins chères.