Les rangées de panneaux solaires bleus qui parsèment les paysages et les toits sont généralement faites de silicium cristallin, le semi-conducteur bourreau de travail que l'on trouve dans pratiquement tous les appareils électroniques.

Au cours de la dernière décennie, Des chercheurs de la Colorado State University ont mené des études pionnières sur l'amélioration des performances et du coût de l'énergie solaire en fabriquant et en testant de nouveaux matériaux qui dépassent les capacités du silicium. Ils se sont concentrés sur un matériau prometteur pour remplacer le silicium, appelé tellurure de cadmium.

En collaboration avec des partenaires de l'Université de Loughborough au Royaume-Uni, des chercheurs du Next Generation Photovoltaics Center soutenu par la National Science Foundation de la CSU ont signalé une percée clé dans la façon dont les performances des cellules solaires à couche mince de tellurure de cadmium sont encore améliorées par l'ajout d'un autre matériau, sélénium. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Énergie naturelle plus tôt ce mois-ci et font l'objet d'un article "Nouvelles et opinions".

"Notre article va directement à la compréhension fondamentale de ce qui se passe lorsque nous allions du sélénium au tellurure de cadmium, " dit Kurt Barth, directeur du Next Generation Photovoltaics Center et professeur agrégé de recherche au Département de génie mécanique.

Jusqu'à maintenant, on ne comprenait pas bien pourquoi l'ajout de sélénium a permis d'atteindre un rendement record des cellules solaires au tellurure de cadmium - le rapport entre la production d'énergie et l'apport de lumière - d'un peu plus de 22%. En collaboration avec les collaborateurs de la CSU, W.S. Sampath et Amit Munshi, Barth et une équipe internationale ont résolu ce mystère. Leurs expériences ont révélé que le sélénium surmonte les effets des défauts à l'échelle atomique dans les cristaux de tellurure de cadmium, offrant une nouvelle voie pour plus généralisée, électricité solaire moins chère.

Les films minces de tellurure de cadmium que l'équipe CSU fabrique en laboratoire utilisent 100 fois moins de matériau que les panneaux solaires conventionnels en silicium. Ils sont ainsi plus faciles à fabriquer, et ils absorbent la lumière du soleil presque à la longueur d'onde idéale. L'électricité produite par les cellules photovoltaïques au tellurure de cadmium est la moins chère disponible dans l'industrie solaire, en sous-cotation des sources d'énergie fossile dans de nombreuses régions du monde.

Selon le journal, les électrons générés lorsque la lumière du soleil frappe le panneau solaire traité au sélénium sont moins susceptibles d'être piégés et perdus au niveau des défauts du matériau, situé aux frontières entre les grains de cristal au fur et à mesure de leur croissance. Cela augmente la quantité d'énergie extraite de chaque cellule solaire. Travailler avec des matériaux fabriqués au CSU via des méthodes de dépôt avancées, l'équipe a découvert ce comportement inattendu en mesurant la quantité de lumière émise par les panneaux contenant du sélénium.

Comme le sélénium n'est pas réparti uniformément sur les panneaux, ils ont comparé la luminescence émise par des zones où il y avait peu ou pas de sélénium présent et des zones où le sélénium était très concentré.

"Un bon matériau de cellule solaire sans défaut est très efficace pour émettre de la lumière, et ainsi brille fortement, " dit Tom Fiducia, l'auteur principal de l'article et un doctorat. étudiant à l'Université de Loughborough, travailler avec le professeur Michael Walls. "Il est étonnamment évident quand vous voyez les données que les régions riches en sélénium luminent beaucoup plus vivement que le tellurure de cadmium pur, et l'effet est remarquablement fort."