L'efficacité des cellules solaires conventionnelles pourrait être augmentée de la limite actuelle de 30 pour cent à plus de 60 pour cent, suggère de nouvelles recherches sur les nanocristaux semi-conducteurs, ou des points quantiques, dirigé par le chimiste Xiaoyang Zhu à l'Université du Texas à Austin.

Zhu et ses collègues rapportent leurs résultats dans le Science .

Les scientifiques ont découvert une méthode pour capturer l'énergie solaire plus élevée qui est perdue sous forme de chaleur dans les cellules solaires conventionnelles.

L'efficacité maximale de la cellule solaire au silicium utilisée aujourd'hui est d'environ 31 %. C'est parce qu'une grande partie de l'énergie de la lumière du soleil frappant une cellule solaire est trop élevée pour être transformée en électricité utilisable. Cette énergie, sous forme d'électrons dits chauds, " est perdue sous forme de chaleur.

Si la lumière du soleil à plus haute énergie, ou plus précisément les électrons chauds, pourrait être capturé, L'efficacité de conversion de l'énergie solaire en électricité pourrait être augmentée théoriquement jusqu'à 66 %.

"Il y a quelques étapes nécessaires pour créer ce que j'appelle cette" cellule solaire ultime, '" dit Zhu, professeur de chimie et directeur du Centre de chimie des matériaux. "D'abord, la vitesse de refroidissement des électrons chauds doit être ralentie. Seconde, nous devons pouvoir saisir ces électrons chauds et les utiliser rapidement avant qu'ils ne perdent toute leur énergie."

Zhu dit que les nanocristaux semi-conducteurs, ou des points quantiques, sont prometteurs à ces fins.

Quant au premier problème, un certain nombre de groupes de recherche ont suggéré que le refroidissement des électrons chauds peut être ralenti dans les nanocristaux semi-conducteurs. Dans un article de 2008 en Science , un groupe de recherche de l'Université de Chicago a montré que cela était vrai sans ambiguïté pour les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux.

L'équipe de Zhu a maintenant compris la prochaine étape critique :comment éliminer ces électrons.

Ils ont découvert que les électrons chauds peuvent être transférés des nanocristaux de séléniure de plomb photo-excités à un conducteur d'électrons composé de dioxyde de titane largement utilisé.

"Si nous enlevons les électrons chauds, nous pouvons travailler avec eux, " dit Zhu. " La démonstration de ce transfert d'électrons chauds établit qu'une cellule solaire à support chaud hautement efficace n'est pas seulement un concept théorique, mais une possibilité expérimentale."

Les chercheurs ont utilisé des points quantiques en séléniure de plomb, mais Zhu dit que leurs méthodes fonctionneront pour les points quantiques faits d'autres matériaux, trop.

Il prévient qu'il ne s'agit que d'une étape scientifique, et que plus de science et beaucoup d'ingénierie doivent être faites avant que le monde ne voit une cellule solaire efficace à 66%.

En particulier, il y a une troisième pièce du puzzle scientifique sur laquelle travaille Zhu :la connexion à un fil conducteur électrique.

"Si nous retirons des électrons de la cellule solaire qui sont aussi rapides, ou chaud, nous perdons également de l'énergie dans le fil sous forme de chaleur, " dit Zhu. "Notre prochain objectif est d'ajuster la chimie à l'interface avec le fil conducteur afin que nous puissions minimiser cette perte d'énergie supplémentaire. Nous voulons capter la plus grande partie de l'énergie du soleil. C'est la cellule solaire ultime.

« Les combustibles fossiles ont un coût environnemental élevé, ", dit Zhu. "Il n'y a aucune raison pour que nous ne puissions pas utiliser l'énergie solaire à 100 pour cent d'ici 50 ans."