(PhysOrg.com) -- En raison de la demande croissante de sources d'énergie renouvelables, Les cellules solaires photovoltaïques ont considérablement progressé au cours de la dernière décennie. Depuis 2002, la production photovoltaïque mondiale double tous les deux ans, ce qui en fait la technologie énergétique à la croissance la plus rapide au monde. Cependant, le rendement global de conversion énergétique du photovoltaïque est encore trop faible pour être compétitif par rapport aux combustibles fossiles, et il n'a donc pas été largement déployé.

Pour tenter de changer cela, des scientifiques ont récemment mis au point une nouvelle cellule solaire en silicium dotée d'une géométrie unique de nanotrous d'un diamètre d'environ 500 à 600 nanomètres. En atteignant un rendement de conversion de puissance de 9,5%, le nouveau design bénéficie d'une performance supérieure par rapport à ses homologues en silicium, comme les cellules solaires qui incorporent des nanofils, nanotubes, et d'autres nanostructures optiquement actives. Le meilleur de ces modèles a une efficacité d'un peu plus de 5%.

Les chercheurs de la nouvelle étude, Kui-Qing Peng de l'Université normale de Pékin, Shui-Tong Lee de la City University de Hong Kong, et leurs collègues, ont publié leurs résultats dans un récent numéro du Journal de l'American Chemical Society . Dans leurs expériences, les scientifiques ont utilisé une combinaison de lithograpie ultraviolette profonde et de gravure autocatalytique catalysée par un métal du silicium pour fabriquer les nanotrous sur les plaquettes de silicium.

Comme l'expliquent les chercheurs, la clé de l'amélioration des performances de la cellule solaire à nano-trous est que les réseaux de nano-trous ont une meilleure absorption que les nanofils. Particulièrement, les jonctions radiales p-n configurées verticalement permettent au courant électrique de ne parcourir que de courtes distances entre les jonctions pour un flux de courant efficace. En outre, la cellule solaire à nano-trous s'est avérée avoir une robustesse mécanique supérieure par rapport aux structures fragiles des cellules solaires qui ont des jonctions p-n de nanofils autonomes. Autrefois, ce problème de fragilité a causé de sérieux revers pour la fabrication d'applications photovoltaïques.

« Les cellules solaires à géométrie de nanotrous possèdent une structure robuste par rapport à la géométrie fragile des nanofils autonomes, une meilleure capacité à capter la lumière du soleil que les réseaux de nanofils, et des jonctions p-n radiales permettant une meilleure collecte des porteurs, » Lee a résumé à PhysOrg.com .

Globalement, les résultats démontrent que la géométrie des nanotrous a le potentiel pour une conversion de l'énergie solaire photovoltaïque économe en énergie et rentable. Les scientifiques prévoient d'améliorer encore les performances de plusieurs manières, par exemple en améliorant le couplage de la lumière dans le dispositif, employant la passivation de surface pour minimiser la recombinaison de surface, et en incorporant de meilleurs contacts électriques.

« Une absorption optique élevée et une meilleure efficacité de collecte des porteurs dans les cellules solaires à géométrie de nanotrous peuvent être fabriquées avec moins de matériaux en silicium et du silicium de qualité inférieure, », a déclaré Lee. « Ces avantages conduiraient à des cellules solaires efficaces et moins chères, offrant des performances potentiellement compétitives avec les cellules traditionnelles en silicium, ainsi que la compétitivité des coûts avec les combustibles fossiles à l'avenir.

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