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Solaire à vaporiser à deux étages
Une équipe de recherche de l'Université de Toronto a créé la première cellule solaire à deux couches composée de nanoparticules absorbant la lumière appelées points quantiques. Les points quantiques, qui peuvent être réglés pour absorber différentes parties du spectre solaire en faisant varier leur taille, ont été considérés comme une voie prometteuse vers des cellules solaires à faible coût, car les particules peuvent être pulvérisées sur des surfaces un peu comme de la peinture. Mais les cellules basées sur cette technologie ont été trop inefficaces pour être pratiques. En découvrant un moyen de combiner deux types différents de points quantiques dans une cellule solaire, les chercheurs pourraient ouvrir la voie pour rendre ces cellules beaucoup plus efficaces.
Points solaires : Chacun de ces 16 points est une cellule solaire composée de particules nanoscopiques appelées points quantiques.
Les cellules solaires conventionnelles sont réglées pour convertir la lumière d'une seule longueur d'onde en électricité ; le reste du spectre solaire traverse ou est converti de manière inefficace. Pour exploiter un plus grand pourcentage de l'énergie solaire, les fabricants empilent parfois des matériaux conçus pour capturer différentes parties du spectre. Une cellule à deux couches, appelée cellule à jonction en tandem, peut théoriquement atteindre une efficacité de 42 %, contre une efficacité théorique maximale de 31 % pour les cellules à une seule couche.
Dans la cellule des chercheurs de Toronto, une couche de points quantiques est réglée pour capturer la lumière visible et l'autre pour capturer la lumière infrarouge. Les chercheurs ont également trouvé un moyen de réduire la résistance électrique entre les couches, un problème qui peut limiter la puissance de sortie d'une cellule à deux couches. Ils ont introduit une couche de transition, composée de quatre films d'oxydes métalliques différents, qui maintient une résistance agréable et faible, explique Ted Sargent, professeur de génie électrique et informatique qui a dirigé les recherches à l'Université de Toronto. Les chercheurs ont choisi des oxydes transparents pour cette couche, permettant à la lumière de les traverser jusqu'à la cellule inférieure.
Le résultat, décrit cette semaine dans la revue Photonique Nature, est une cellule à jonction en tandem qui capture une large gamme du spectre et a une efficacité de 4,2 %. Sargent dit que l'approche peut être utilisée pour fabriquer des couches triples et même quadruples, ce qui pourrait être encore mieux. L'objectif de l'équipe est de dépasser 10 % d'efficacité d'ici cinq ans et de continuer à s'améliorer à partir de là. Les panneaux solaires conventionnels ont une efficacité d'environ 15 %, mais les cellules à points quantiques d'une efficacité légèrement inférieure pourraient toujours avoir un avantage en termes de coûts globaux de l'énergie solaire si elles s'avèrent considérablement moins chères à fabriquer.
John Asbury, professeur de chimie à la Penn State University, déclare qu'en ouvrant la possibilité de fabriquer des cellules multicouches à partir de points quantiques, l'équipe de l'Université de Toronto a augmenté l'efficacité théorique de la technologie de 30 % à près de 50 %. Mais s'approcher de ce type d'efficacité nécessitera beaucoup de travail pour éliminer les états piégés, des endroits dans le matériau des points quantiques où les électrons peuvent se coincer. Le problème avec les points quantiques est que les électrons ont une forte probabilité de ne pas atteindre les électrodes où ils peuvent être collectés, ce qui a limité leur efficacité, dit-il. Avoir vraiment un impact signifie développer des stratégies pour contrôler ces États piégés.