1. Cellules photovoltaïques :
La haute transparence du graphène et son excellente mobilité des porteurs de charge en font un matériau idéal pour les électrodes transparentes des cellules solaires. Lorsqu'il est combiné avec des matériaux semi-conducteurs, le graphène peut former des hétérojonctions, améliorant ainsi l'efficacité de l'absorption de la lumière et de la séparation des charges. Les électrodes transparentes à base de graphène ont démontré une meilleure récupération de la lumière et une réduction des pertes par réflexion, conduisant à des efficacités de conversion de puissance plus élevées dans les cellules solaires.
2. Cellules solaires pérovskites :
Des matériaux 2D, tels que le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), ont été incorporés dans les cellules solaires à pérovskite pour améliorer leur stabilité et leurs performances. Le graphène peut agir comme une couche de transport de charge, extrayant et transportant efficacement les supports photogénérés. Les TMDC, tels que le bisulfure de molybdène (MoS2), peuvent former des hétérojonctions avec les pérovskites, améliorant ainsi l'absorption de la lumière et réduisant les pertes de recombinaison. Ces matériaux 2D améliorent l’efficacité globale de conversion d’énergie et la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite.
3. Cellules solaires à points quantiques :
Le graphène et d'autres matériaux 2D peuvent être intégrés à des points quantiques pour créer des cellules solaires à points quantiques. La combinaison des excellentes propriétés de transport de charge du graphène et des bandes interdites réglables des points quantiques permet une collecte efficace de la lumière sur un large spectre du spectre solaire. Les cellules solaires hybrides graphène-points quantiques ont montré une meilleure absorption de la lumière, une meilleure séparation des porteurs de charge et une efficacité de conversion de puissance accrue par rapport aux cellules solaires à points quantiques classiques.
4. Cellules solaires tandem :
Les matériaux 2D peuvent être utilisés dans des cellules solaires en tandem pour obtenir des efficacités de conversion plus élevées en empilant plusieurs couches photovoltaïques avec différentes bandes interdites. Le graphène peut servir de couche de connexion transparente entre les sous-cellules, facilitant un transport efficace des charges et réduisant les pertes optiques. En combinant le graphène avec divers matériaux semi-conducteurs, les cellules solaires tandem peuvent atteindre des rendements de conversion de puissance plus élevés, ce qui les rend plus efficaces dans la conversion de la lumière solaire en énergie électrique.
5. Gestion de la lumière :
Les propriétés optiques uniques du graphène peuvent être exploitées pour la gestion de la lumière dans les cellules solaires. En modelant le graphène dans des structures spécifiques, telles que des réseaux périodiques ou des nanostructures, il est possible de manipuler la réflexion, l'absorption et la diffusion de la lumière solaire. Cela permet un meilleur piégeage et une meilleure utilisation de la lumière au sein de la cellule solaire, améliorant ainsi l'efficacité globale de la conversion de la lumière.
6. Division de l'eau grâce à l'énergie solaire :
Le graphène et les matériaux 2D se sont révélés prometteurs pour la division de l'eau par l'énergie solaire, un processus de division de l'eau en hydrogène et en oxygène à l'aide de la lumière du soleil. Le graphène peut agir comme support de catalyseur, améliorant l'activité et la stabilité des catalyseurs de division de l'eau. Les TMDC, tels que MoS2 et le disulfure de tungstène (WS2), possèdent des bandes interdites appropriées et d'excellentes propriétés de séparation de charges, ce qui en fait des photocatalyseurs prometteurs pour la division de l'eau. En combinant le graphène et ces matériaux 2D, des systèmes de séparation de l'eau efficaces et stables à énergie solaire peuvent être développés pour la production d'hydrogène.
En résumé, le graphène et d’autres matériaux 2D offrent un large éventail de possibilités pour exploiter l’énergie solaire. Leurs propriétés uniques permettent des progrès dans la technologie des cellules photovoltaïques, des cellules solaires à pérovskite, des cellules solaires à points quantiques, des cellules solaires tandem, de la gestion de la lumière et de la division de l'eau par l'énergie solaire. Ces matériaux 2D ont le potentiel de révolutionner la conversion de l’énergie solaire et de contribuer au développement de technologies solaires plus efficaces et plus durables.
