Illustration de la génération d'excitons multiples (MEG), une théorie qui suggère qu'il est possible pour un électron qui a absorbé de l'énergie lumineuse, appelé un exciton, transférer cette énergie à plus d'un électron, résultant en plus d'électricité à partir de la même quantité de lumière absorbée. Le côté gauche montre un électron promu à un état de haute énergie (bleu) plus le "trou" libéré par l'électron (rouge). Le côté droit montre l'exciton d'origine (maintenant vert foncé/rouge) et un nouvel exciton (vert clair/orange) après MEG. L'image du haut montre une version conceptualisée de l'idée, tandis que le bas montre un exciton et un bi-exciton réels utilisant le même schéma de couleurs. Crédit :Mark T. Lusk, Département de physique, École des mines du Colorado
(PhysOrg.com) -- Des études menées par Mark Lusk et ses collègues de la Colorado School of Mines pourraient améliorer considérablement l'efficacité des cellules solaires. Leurs derniers travaux décrivent comment la taille des particules absorbant la lumière - les points quantiques - affecte la capacité des particules à transférer de l'énergie aux électrons pour générer de l'électricité.
Les résultats sont publiés dans le numéro d'avril de la revue ACS Nano .
L'avance fournit des preuves à l'appui d'une idée controversée, appelée génération d'excitons multiples (MEG), qui théorise qu'il est possible pour un électron qui a absorbé de l'énergie lumineuse, appelé un exciton, transférer cette énergie à plus d'un électron, résultant en plus d'électricité à partir de la même quantité de lumière absorbée.
Les points quantiques sont des atomes artificiels qui confinent les électrons dans un petit espace. Ils ont un comportement de type atomique qui se traduit par des propriétés électroniques inhabituelles à l'échelle nanométrique. Ces propriétés uniques peuvent être particulièrement utiles pour adapter la façon dont la lumière interagit avec la matière.
La vérification expérimentale du lien entre le MEG et la taille des points quantiques est un sujet brûlant en raison d'un grand degré de variation dans les études publiées précédemment. La capacité de générer un courant électrique après MEG reçoit maintenant beaucoup d'attention car ce sera une composante nécessaire de toute réalisation commerciale de MEG.
Pour cette étude, Lusk et ses collaborateurs ont utilisé un cluster informatique haute performance soutenu par la National Science Foundation (NSF) pour quantifier la relation entre le taux de MEG et la taille des points quantiques.
Ils ont constaté que chaque point a une tranche du spectre solaire pour laquelle il est le mieux adapté pour effectuer la MEG et que les points plus petits effectuent la MEG pour leur tranche plus efficacement que les points plus gros. Cela implique que les cellules solaires faites de points quantiques spécifiquement adaptés au spectre solaire seraient beaucoup plus efficaces que les cellules solaires faites de matériaux qui ne sont pas fabriqués avec des points quantiques.
Selon Lusk, "Nous pouvons désormais concevoir des matériaux nanostructurés qui génèrent plus d'un exciton à partir d'un seul photon de lumière, en utilisant à bon escient une grande partie de l'énergie qui, autrement, ne ferait que chauffer une cellule solaire."
L'équipe de recherche, qui comprend la participation du Laboratoire national des énergies renouvelables, fait partie du Centre de recherche scientifique et technique sur les matériaux d'énergie renouvelable, financé par la NSF, à la Colorado School of Mines à Golden, Colo. Le centre se concentre sur les matériaux et les innovations qui auront un impact significatif sur les technologies d'énergie renouvelable. L'exploitation des propriétés uniques des matériaux nanostructurés pour améliorer les performances des panneaux solaires est un domaine d'intérêt particulier pour le centre.
« Ces résultats sont passionnants car ils contribuent largement à résoudre un débat de longue date dans le domaine, " dit Marie Galvin, un directeur de programme pour la Division de la recherche sur les matériaux à la NSF. "D'importance égale, ils contribueront à l'établissement de nouvelles techniques de conception qui peuvent être utilisées pour fabriquer des cellules solaires plus efficaces. »
