Les cellules solaires tout carbone signifieront des panneaux solaires bon marché et flexibles

À l'aide d'un sac contenant de nouveaux nanomatériaux, des chercheurs de l'Université de Stanford ont construit les premières cellules solaires entièrement en carbone. Leurs panneaux photovoltaïques au carbone ne produisent pas beaucoup d'électricité, mais à mesure que la technologie se perfectionne, les cellules tout carbone pourraient être bon marché, imprimables, flexibles et suffisamment résistantes pour résister aux environnements et aux conditions météorologiques extrêmes.

Cellule carbone : La cellule solaire tout carbone est constituée d'une couche photoactive entre deux électrodes.

L'objectif n'est pas de remplacer les cellules solaires fabriquées à partir de silicium et d'autres matériaux inorganiques, explique Zhenan Bao , professeur de génie chimique à l'Université de Stanford, qui a dirigé les travaux. Il s'agit plutôt de combler de nouveaux créneaux. Le carbone est l'un des éléments les plus abondants sur terre et il est polyvalent, dit Bao.

Le carbone est remarquablement résistant : le graphène d'épaisseur atomique et les nanotubes de carbone longs et minces sont deux des matériaux les plus résistants jamais testés. Ainsi, le photovoltaïque au carbone pourrait être pulvérisé sur les côtés des bâtiments ou enroulé et transporté dans le désert. Différentes formes de carbone peuvent être imprimées pour fabriquer des composants électroniques minces, flexibles, transparents et même extensibles.

Grâce à sa polyvalence, le carbone sous une forme ou une autre a été utilisé pour fabriquer chaque composant de cellule solaire. Les trois parties principales, une cathode en nanotubes et une anode en graphène prenant en sandwich une couche active constituée de nanotubes et de billes de Bucky, ont toutes été fabriquées par impression ou évaporation d'encres.

Faire fonctionner la cathode était la partie la plus délicate, dit Bao – les chercheurs ont eu du mal à fabriquer des nanomatériaux de carbone qui collectent des électrons. Les chercheurs de Stanford ont résolu le problème en choisissant la bonne saveur de nanotubes et en leur appliquant un traitement chimique. Ce travail est décrit dans la revue ACS Nano .

Le photovoltaïque tout carbone convertit moins de 1 % de l'énergie de la lumière en électricité (en comparaison, une cellule solaire au silicium convertit environ 20 % de la lumière en électricité). Cependant, Bao dit que son groupe a principalement travaillé avec des matériaux standard, avec juste un peu de réglage. Elle attribue une partie du problème à la rugosité des films de carbone, qui font augmenter les frais de déplacement, et dit qu'il devrait être possible de les lisser en travaillant sur les méthodes de traitement.

Les nanomatériaux de carbone sont encore des matériaux relativement nouveaux, dit Bao. Il existe de nombreuses recherches sur la façon de contrôler leurs propriétés et de les utiliser.

Chercheur IBM Yorktown et 2011 Examen de la technologie du MIT Le jeune innovateur Fengnian Xia, qui n'est pas impliqué dans les travaux, est d'accord, affirmant que les cellules solaires ont besoin de matériaux de départ et de processus de meilleure qualité. L'idée est géniale, et c'est une bonne première démonstration, mais ce n'est pas prêt pour des applications réalistes, dit-il.

D'autres groupes se concentrent sur la fabrication de meilleurs matériaux carbonés pour les couches actives du photovoltaïque. D'après les calculs théoriques de Jeffrey Grossman au MIT, les cellules solaires au carbone devraient pouvoir atteindre 13% d'efficacité de conversion.

Pour que les cellules solaires au carbone soient commercialement viables, dit Shenqiang Ren , professeur adjoint de chimie à l'Université du Kansas, leur efficacité doit franchir 10 pour cent. Le laboratoire de Ren a établi le record d'efficacité de conversion pour les cellules solaires au carbone (équipées d'électrodes métalliques conventionnelles) à 1,3 pour cent en septembre, dans un travail paru dans ACS Nano . C'est à peu près à quel point les premières cellules solaires en polymère ont fonctionné, note-t-il.

Ren travaille avec des scientifiques des matériaux informatiques, dont Grossman, pour concevoir de meilleurs panneaux photovoltaïques au carbone en choisissant les bons types de nanomatériaux de carbone. Avec ces conseils, dit Ren, son laboratoire a déjà fabriqué des cellules solaires au carbone qui convertissent 5 % de l'énergie lumineuse en électricité, et il espère aller encore plus haut.

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