Les cellules solaires sont une technologie clé dans la recherche d'une production d'énergie plus propre. Malheureusement, la technologie solaire n'est pas encore économiquement compétitive et le coût des cellules solaires doit être réduit. Une façon de surmonter ce problème est de réduire la quantité de matériau semi-conducteur coûteux utilisé, mais les cellules solaires à couche mince ont tendance à avoir des performances inférieures à celles des cellules solaires conventionnelles.

Yuriy Akimov et Wee Shing Koh de l'A*STAR Institute of High Performance Computing (Singapour) ont maintenant amélioré l'efficacité de conversion de la lumière des cellules solaires à couche mince en déposant des particules d'aluminium à la surface des cellules.

Les nanoparticules métalliques peuvent mieux diriger la lumière dans la cellule solaire et empêcher la lumière de s'échapper. Dans les cellules solaires conventionnelles à couche épaisse, les nanoparticules auraient peu d'effet car toute la lumière est absorbée par le film en raison de son épaisseur. Pour les films minces, cependant, les nanoparticules peuvent faire une grande différence. Leur diffusion augmente la durée de séjour de la lumière dans le film, portant l'absorption totale de la lumière à un niveau comparable à celui des cellules solaires conventionnelles. « La stratégie nous permet de diviser par plusieurs les coûts de production des cellules solaires et rend le photovoltaïque plus compétitif par rapport aux autres formes de production d'électricité, ", dit Akimov.

Les chercheurs ont modélisé l'efficacité d'absorption de la lumière des cellules solaires pour divers matériaux et tailles de nanoparticules. En particulier, ils ont comparé les propriétés de l'argent par rapport aux nanoparticules d'aluminium. Dans la plupart des études sur le sujet, les particules d'argent ont été préférées. Ceux-ci ont des résonances optiques dans la partie visible du spectre qui sont encore meilleures pour focaliser la lumière dans la cellule solaire. Malheureusement, il y a un compromis :les résonances optiques provoquent également l'absorption de la lumière par les nanoparticules, ce qui signifie que la cellule solaire est moins efficace.

Dans le cas de l'argent, cette résonance est juste dans la partie clé du spectre solaire, de sorte que l'absorption lumineuse est considérable. Mais pas pour les nanoparticules d'aluminium, où ces résonances sont en dehors de la partie importante du spectre solaire. Par ailleurs, les particules d'aluminium supportent bien l'oxydation et leurs propriétés changent peu avec les variations de forme et de taille. Et plus important, leurs propriétés de diffusion sont robustes par rapport aux nanoparticules d'argent. « Nous avons découvert que les nanoparticules d'aluminium étaient plus performantes que celles d'autres métaux pour améliorer le piégeage de la lumière dans les cellules solaires à couche mince, ", dit Akimov. "Nous pensons que les particules d'aluminium peuvent aider à rendre les cellules solaires à couche mince commercialement viables."