Une cellule solaire polymère prête à être testée ; les connexions métalliques nous permettent de mesurer différentes zones du film et de mesurer l'efficacité de l'appareil parmi d'autres paramètres. Crédit :Andrew Parnell
(PhysOrg.com) -- Une avancée scientifique dans les énergies renouvelables qui promet une révolution dans la facilité et le coût d'utilisation des cellules solaires, a été annoncé aujourd'hui. Une nouvelle étude montre que même en utilisant des méthodes de fabrication très simples et peu coûteuses - où des couches flexibles de matériau sont déposées sur de grandes surfaces comme un film étirable - des structures de cellules solaires efficaces peuvent être fabriquées.
L'étude, publié dans la revue Matériaux énergétiques avancés , ouvre la voie à de nouvelles techniques de fabrication de cellules solaires et la promesse de développements dans l'énergie solaire renouvelable. Des scientifiques des universités de Sheffield et de Cambridge ont utilisé la source de neutrons ISIS et la source de lumière diamant du STFC Rutherford Appleton Laboratory dans l'Oxfordshire pour mener à bien la recherche.
Les cellules solaires en plastique (polymère) sont beaucoup moins chères à produire que les cellules solaires en silicium conventionnelles et ont le potentiel d'être produites en grandes quantités. L'étude a montré que lorsque des mélanges complexes de molécules en solution sont étalés sur une surface, comme vernir un dessus de table, les différentes molécules se séparent en haut et en bas de la couche d'une manière qui maximise l'efficacité de la cellule solaire résultante.
Station cible 2 d'ISIS au STFC Rutherford Appleton Laboratory dans l'Oxfordshire. Crédit :STFC
Le Dr Andrew Parnell de l'Université de Sheffield a déclaré :"Nos résultats donnent des informations importantes sur la façon dont les panneaux d'énergie solaire ultra-bon marché à usage domestique et industriel peuvent être fabriqués à grande échelle. Plutôt que d'utiliser des méthodes de fabrication complexes et coûteuses pour créer une nanostructure semi-conductrice spécifique, L'impression à grand volume pourrait être utilisée pour produire des films à l'échelle nanométrique (60 nanomètres) de cellules solaires qui sont plus de mille fois plus minces que la largeur d'un cheveu humain. Ces films pourraient ensuite être utilisés pour rendre rentables, des dispositifs de cellules solaires en plastique légers et facilement transportables tels que des panneaux solaires."
Dr Robert Dalgliesh, l'un des scientifiques d'ISIS impliqués dans les travaux, mentionné, "Ce travail illustre clairement l'importance de l'utilisation combinée de sources de diffusion de neutrons et de rayons X telles que ISIS et Diamond pour résoudre les défis modernes de la société. En utilisant les faisceaux de neutrons d'ISIS et les rayons X brillants de Diamond, nous avons pu sonder la structure interne et les propriétés des matériaux des cellules solaires de manière non destructive. En étudiant les couches des matériaux qui transforment la lumière du soleil en électricité, nous apprenons comment différentes étapes de traitement modifient l'efficacité globale et affectent les performances globales des cellules solaires en polymère. »
Cette image montre comment les neutrons sont diffusés à partir de l'une des couches de cellules solaires. La modélisation de ces informations nous aide à comprendre la composition et la structure au sein de la couche. La ligne horizontale intense est la réflexion semblable à un miroir (réflectivité spéculaire) de la cellule solaire. Les données ont été prises sur l'instrument Offspec à la station cible 2 d'ISIS. Crédit :STFC
"Au cours des cinquante prochaines années, la société devra répondre aux besoins énergétiques croissants de la population mondiale sans utiliser de combustibles fossiles, et la seule source d'énergie renouvelable qui peut le faire est le Soleil", a déclaré le professeur Richard Jones de l'Université de Sheffield. "En quelques heures, suffisamment d'énergie du soleil tombe sur la Terre pour satisfaire les besoins énergétiques de la Terre pendant une année entière, mais nous devons être en mesure d'exploiter cela à une échelle beaucoup plus grande que nous ne pouvons le faire maintenant. Des cellules solaires polymères bon marché et efficaces qui peuvent couvrir de vastes zones pourraient nous aider à entrer dans une nouvelle ère d'énergie renouvelable. »
Cellules solaires
Les panneaux photovoltaïques sont des dispositifs semi-conducteurs utilisés pour générer de l'énergie renouvelable à faible coût, le plus souvent sous forme de panneaux solaires. Lorsque la lumière du soleil frappe une cellule photovoltaïque, il est absorbé et son énergie est convertie en courant électrique. La plupart des appareils photovoltaïques sont fabriqués avec du silicium; cependant, les appareils peuvent également être en plastique (appareils photovoltaïques organiques).
Les films plastiques peuvent être déposés à partir d'une solution à faible coût, techniques d'impression rouleau à rouleau, ce qui permet d'importantes économies globales d'énergie et de coûts. C'est là que le film est mis en rouleau et subit une série de processus similaires à la façon dont les journaux sont imprimés et retirés d'un rouleau à la fin. Il existe actuellement des produits utilisant ce type de technologie. Pour augmenter encore l'utilisation, cependant, la technologie doit être plus efficace. Les cellules solaires polymères sont actuellement efficaces de 7 à 8 %. La prochaine étape consiste à développer des cellules efficaces à 10 % ou plus pour une viabilité commerciale.
Les matériaux utilisés dans les recherches menées par la collaboration sont appelés PCDTBT (poly [N-9′-heptadécanyl-2, 7-carbazole-alt-5, 5-(4′, 7′-di-2-thiényl-2′, 1', 3′-benzothiadiazole) :PCBM ([6, ester méthylique de l'acide 6]-phényl-C61-butyrique), un matériau basé sur les travaux du professeur Richard Smalley et du professeur Harry Kroto (entre autres) sur la forme C60 Buckminsterfullerene ou buckyball du carbone. Des rayons X brillants utilisant des instruments de Diamond Light Source ont été utilisés pour étudier la cristallinité du matériau; les neutrons à ISIS ont été utilisés pour examiner le profil de composition du matériau.
