(PhysOrg.com) -- Avec la création d'une plateforme de cellules solaires 3-D à base de nanocônes, une équipe dirigée par Jun Xu du Laboratoire national d'Oak Ridge a augmenté l'efficacité de conversion lumière-puissance du photovoltaïque de près de 80 %.

La technologie résout sensiblement le problème du mauvais transport des charges générées par les photons solaires. Ces charges - électrons négatifs et trous positifs - sont généralement piégées par des défauts dans les matériaux en vrac et leurs interfaces et dégradent les performances.

"Pour résoudre les problèmes de piégeage qui réduisent l'efficacité des cellules solaires, nous avons créé une cellule solaire à base de nanocônes, inventé des méthodes pour synthétiser ces cellules et démontré une efficacité de collecte de charge améliorée, " dit Xu, membre de la Division des sciences chimiques de l'ORNL.

La nouvelle structure solaire se compose de nanocônes de type n entourés d'un semi-conducteur de type p. Les nanocônes de type n sont en oxyde de zinc et servent de cadre de jonction et de conducteur d'électrons. La matrice de type p est constituée de tellurure de cadmium polycristallin et sert de support primaire d'absorption de photons et de conducteur de trou.

Avec cette approche à l'échelle du laboratoire, Xu et ses collègues ont pu obtenir une efficacité de conversion lumière-puissance de 3,2 pour cent par rapport à une efficacité de 1,8 pour cent de la structure plane conventionnelle des mêmes matériaux.

"Nous avons conçu la structure tridimensionnelle pour fournir une distribution de champ électrique intrinsèque qui favorise un transport de charge efficace et une haute efficacité dans la conversion de l'énergie de la lumière du soleil en électricité, " dit Xu.

Les principales caractéristiques du matériau solaire comprennent sa distribution de champ électrique unique qui permet un transport de charge efficace ; la synthèse de nanocônes à l'aide de méthodes propriétaires peu coûteuses; et la minimisation des défauts et des vides dans les semi-conducteurs. Ce dernier offre des propriétés électriques et optiques améliorées pour la conversion des photons solaires en électricité.

En raison du transport de charge efficace, la nouvelle cellule solaire peut tolérer des matériaux défectueux et réduire les coûts de fabrication des cellules solaires de nouvelle génération.

"Le concept important derrière notre invention est que la forme du nanocône génère un champ électrique élevé à proximité de la jonction de la pointe, séparer efficacement, l'injection et la collecte des porteurs minoritaires, se traduisant par un rendement supérieur à celui d'une cellule planaire classique réalisée avec les mêmes matériaux, " dit Xu.

Les recherches qui constituent la base de cette technologie ont été acceptées par la conférence des spécialistes du photovoltaïque de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers de cette année et seront publiées dans le Actes de l'IEEE. Les articles sont intitulés « Efficient Charge Transport in Nanocone Tip-Film Solar Cells » et « Cellules solaires à nanojonction basées sur des films polycristallins de CdTe cultivés sur des nanocônes de ZnO ».