(PhysOrg.com) -- Une nouvelle technologie d'énergie alternative repose sur l'élément le plus associé au changement climatique :le carbone.

Des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison étudient comment créer des des cellules solaires performantes à partir de nanotubes de carbone, qui sont des feuilles de carbone roulées dans des cylindres sans soudure d'un nanomètre de diamètre. De nombreux chercheurs étudient comment utiliser les nanotubes pour des applications mécaniques et électroniques, mais le professeur adjoint en science et ingénierie des matériaux Michael Arnold est l'un des premiers à les appliquer à l'énergie solaire.

« Nous développons de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes pour créer des peu coûteux, technologies de cellules solaires photovoltaïques stables et efficaces, " dit Arnold. " Les nanotubes de carbone semi-conducteurs ont des propriétés électroniques et optiques remarquables qui conviennent parfaitement au photovoltaïque, ils sont donc un point de départ intéressant.

Le carbone est un choix prometteur pour les cellules solaires car il est abondant, élément bon marché, et les nanotubes de carbone ont une excellente conductivité électrique et une forte capacité d'absorption optique. La plupart des cellules solaires actuelles utilisent du silicium, qui convertit 10 à 30 pour cent de la lumière solaire absorbée en électricité. C'est un bon taux, mais les cellules au silicium sont chères.

« Le coût est initial pour les cellules au silicium, et le coût du kilowattheure est cinq fois supérieur à ce que vous paieriez pour du charbon sur 20 ans — ce n'est pas très motivant pour les gens, " dit Arnold. Avec les nanotubes de carbone, il espère atteindre une efficacité comparable à celle des cellules solaires au silicium à moindre coût.

Arnold dit que le solaire est une source d'énergie précieuse puisque le soleil produit environ 1, 000 watts par mètre carré. Une cellule solaire qui n'est efficace qu'à 20 % générerait environ 200 watts par mètre carré par une journée ensoleillée, ainsi, recouvrir le toit d'une maison moyenne de 40 mètres carrés de cellules solaires réduirait considérablement les besoins énergétiques moyens du ménage. Pour avoir un effet sur le réseau électrique national, Arnold envisage de vastes champs de cellules solaires construites dans les régions désertiques.

"Le solaire est une technologie viable pour produire de l'énergie, " dit Arnold. " C'est juste trop cher en ce moment. "

Pour créer les nouvelles cellules solaires à nanotubes de carbone, Arnold et ses étudiants développent des structures de nanotubes, puis séparent les nanotubes semi-conducteurs utiles des nanotubes métalliques indésirables. Ils séparent également les tubes selon le diamètre, qui détermine la bande interdite d'un nanotube particulier, ou la longueur d'onde de la lumière que le tube peut absorber. Certaines bandes interdites sont plus adaptées que d'autres pour absorber la lumière du soleil.

Après avoir trié les nanotubes utiles, l'équipe les enveloppe dans un polymère semi-conducteur pour rendre les tubes solubles. Ils transforment les nanotubes et le polymère combinés en une solution, qui peut être pulvérisé en film mince sur des substrats de verre transparents revêtus d'oxyde d'indium-étain. Les chercheurs déposent ensuite un semi-conducteur accepteur d'électrons et une électrode négative au-dessus des nanotubes pour compléter la cellule entière.

En créant les nouvelles cellules solaires, Arnold, qui est financé par la National Science Foundation, tente de répondre à une variété de questions de science fondamentale et de recherche. Il étudie comment la charge est générée dans les nanotubes en réponse à la lumière et comment différents matériaux accepteurs d'électrons affectent l'efficacité et la vitesse de séparation de cette charge.

"La question motrice est, pouvons-nous comprendre comment traiter à la fois les tubes pour obtenir la morphologie que nous voulons, et pouvons-nous également apprendre comment la lumière crée des charges dans nos matériaux de nanotubes de carbone et comment ces charges se séparent ?", dit-il.

Fourni par l'Université du Wisconsin-Madison (actualité :web)