Cette image générée par ordinateur montre des nanotubes, dix, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain, qui constituent une nouvelle technique développée à Argonne pour « cultiver » des cellules solaires. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Seth Darling (du Center for Nanoscale Materials) et du Laboratoire national d'Argonne.
(PhysOrg.com) -- Des scientifiques du laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) ont affiné une technique de fabrication de cellules solaires en créant des tubes de matériau semi-conducteur, puis en « faisant croître » des polymères directement à l'intérieur. La méthode a le potentiel d'être nettement moins chère que le processus utilisé pour fabriquer les cellules solaires commerciales d'aujourd'hui.
Parce que les coûts de production de la génération actuelle de cellules solaires les empêchent de concurrencer économiquement les combustibles fossiles, Les chercheurs d'Argonne travaillent à ré-imaginer la conception de base de la cellule solaire. La plupart des cellules solaires actuelles utilisent du silicium cristallin ou du tellurure de cadmium, mais la croissance d'un cristal de haute pureté demande beaucoup d'énergie et de travail, rendre les cellules coûteuses.
La prochaine génération, appelées cellules solaires hybrides, utilise un mélange de matériaux organiques et inorganiques moins chers. Pour combiner efficacement ces matériaux, Les chercheurs d'Argonne ont créé une nouvelle technique pour faire croître des polymères organiques directement à l'intérieur de nanotubes inorganiques.
À son niveau le plus élémentaire, la technologie des cellules solaires repose sur une série de processus initiés lorsque les photons, ou des particules de lumière, frapper un matériau semi-conducteur. Lorsqu'un photon frappe la cellule, il excite un électron hors de son état initial, laissant derrière lui un "trou" de charge positive.
Les cellules solaires hybrides contiennent deux types distincts de matériaux semi-conducteurs :l'un conduit les électrons, les autres trous. A la jonction entre les deux semi-conducteurs, la paire électron-trou se sépare, créer un courant.
Dans l'étude, Le nanoscientifique d'Argonne Seth Darling et ses collègues d'Argonne et de l'Université de Chicago ont dû repenser la géométrie des deux matériaux. Si les deux semi-conducteurs sont trop éloignés, la paire électron-trou mourra en transit. Cependant, s'ils sont trop serrés, les charges séparées ne sortiront pas de la cellule.
En concevant une alternative, les scientifiques ont associé un polymère conjugué donneur d'électrons avec le dioxyde de titane accepteur d'électrons (TiO
Le dioxyde de titane forme facilement de minuscules tubes d'à peine quelques dizaines de nanomètres de diamètre—10, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Des rangées de minuscules, des nanotubes uniformes germent à travers un film de titane qui a été immergé dans un bain électrochimique.
L'étape suivante a obligé les chercheurs à remplir les nanotubes de polymère organique, un processus frustrant.
Une image au microscope électronique de nanotubes de TiO2 cultivés par voie électrochimique. dix, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain, les tubes sont remplis de polymère organique dans une nouvelle technique développée à Argonne pour « cultiver » des cellules solaires avec le potentiel d'être moins chères que les cellules solaires actuelles. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Seth Darling (du Center for Nanoscale Materials) et du Laboratoire national d'Argonne.
"Remplir des nanotubes de polymère, c'est comme essayer de fourrer des spaghettis humides dans une table pleine de petits trous, " Dit Darling. " Le polymère finit par se plier et se tordre, ce qui conduit à des inefficacités à la fois parce qu'il emprisonne les poches d'air au fur et à mesure et parce que les polymères torsadés ne conduisent pas aussi les charges.
"En outre, ce polymère n'aime pas le dioxyde de titane, " ajouta Darling. " Donc, il s'éloigne de l'interface dès qu'il le peut. "
Essayant de contourner ce problème, l'équipe a eu l'idée de faire pousser le polymère directement à l'intérieur des tubes. Ils ont rempli les tubes d'un précurseur polymère, allumé la lumière ultraviolette, et laisser les polymères se développer dans les tubes.
Cultivé de cette façon, le polymère ne craint pas le TiO
Ces dispositifs surpassent considérablement ceux fabriqués en remplissant les nanotubes de polymère pré-cultivé, produisant environ 10 fois plus d'électricité à partir de la lumière solaire absorbée. Les cellules solaires produites par cette technique, cependant, n'exploitent pas actuellement autant d'énergie disponible de la lumière du soleil que les cellules au silicium. Darling espère que d'autres expériences amélioreront l'efficacité des cellules.
Plus d'information: Le papier, intitulé « Cellules solaires hybrides améliorées via la polymérisation UV in situ », a été publié dans la revue Petit et est disponible en ligne.
Fourni par le Laboratoire National d'Argonne (actualité :web)
