Les ligands de surface inorganiques permettent un transport facile des électrons entre les points quantiques et ont ouvert de nouvelles opportunités pour l'utilisation de nanostructures dans les cellules solaires.
(PhysOrg.com) -- Une équipe de chercheurs de l'Université de Chicago et du laboratoire national Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) a démontré une méthode qui pourrait produire des couches semi-conductrices moins chères pour les cellules solaires.
Les réseaux de nanocristaux inorganiques, créé par pulvérisation d'un nouveau type d'"encre" colloïdale, ont une excellente mobilité des électrons et pourraient être une étape vers la résolution des problèmes fondamentaux de la technologie solaire actuelle.
"Avec la technologie solaire d'aujourd'hui, si vous souhaitez obtenir des quantités importantes d'électricité, il faudrait construire d'énormes installations sur plusieurs kilomètres carrés, " a déclaré le chef d'équipe Dmitri Talapin, qui détient une nomination conjointe avec Argonne et l'université. Mais parce que les cellules solaires actuelles sont à base de silicium, qui est coûteux et peu respectueux de l'environnement à fabriquer, ils ne sont pas rentables sur de grandes surfaces. Le défi pour les scientifiques est de trouver un moyen de fabriquer un grand nombre de cellules solaires à la fois efficaces et bon marché.
Une possibilité de rendre les cellules solaires plus économiques serait de les "imprimer", semblable à la façon dont les journaux sont imprimés. "Vous utiliseriez une sorte d'encre, ' estampé à l'aide d'une technologie au rouleau avec un substrat souple, " a déclaré Talapin.
Les cellules solaires ont plusieurs couches de matériaux différents empilées les unes sur les autres. L'équipe s'est concentrée sur la couche la plus importante, qui capte la lumière du soleil et la convertit en électricité. Cette couche, constitué d'un matériau semi-conducteur, doit être capable de transformer la lumière en charges électriques négatives et positives mais aussi de les libérer facilement pour se déplacer plus loin le long du matériau pour générer du courant électrique.
Les réseaux de points quantiques permettent la fabrication de cellules solaires par impression et d'autres techniques peu coûteuses.
De nombreuses méthodes pour faire croître les semi-conducteurs nécessitent des températures élevées, mais une approche moins coûteuse serait de les mettre en solution. Cette, cependant, nécessite un précurseur soluble.
L'équipe a développé ce précurseur à l'aide de points quantiques. Petits grains de semi-conducteurs, en suspension dans un liquide, sont "collés" avec de nouvelles molécules appelées "complexes de chalcogénure de métal moléculaire". Le processus chauffe le matériau à environ 200 degrés Celsius, bien inférieures aux températures requises pour la fabrication de cellules solaires au silicium. Le résultat est une couche de matériau avec de bonnes propriétés semi-conductrices.
"La mobilité des électrons pour ce matériau est d'un ordre de grandeur plus élevé que ce qui a été rapporté précédemment pour toute méthode basée sur des solutions, " a déclaré Talapin.
L'équipe a utilisé des rayons X intenses de la source de photons avancée du DOE Office of Science à Argonne pour regarder la création du film semi-conducteur.
"Nous pensons que nous pourrions fabriquer des cellules solaires très compétitives avec ces nanoparticules, " a déclaré Talapin.
Talapin a déclaré que le succès a joué sur le partenariat complémentaire entre l'Université de Chicago et le Center for Nanoscale Materials d'Argonne. "A l'université, nous avons des étudiants et des post-doctorants formidables qui peuvent faire une grande partie de la chimie théorique, qui demande beaucoup de main d'oeuvre, " Talapin a dit, "mais Argonne est un endroit fantastique pour faire des recherches qui nécessitent une instrumentation et une infrastructure sophistiquées."
Le papier, "Le transport en bande, mobilité électronique élevée et photoconductivité élevée dans des réseaux de nanocristaux entièrement inorganiques", a été publié dans Nature Nanotechnologie .
