Des chercheurs de l'Université de Toronto, la King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) et la Pennsylvania State University (Penn State) ont créé la cellule solaire la plus efficace jamais conçue sur la base de collodial-quatum-dots (CQD). La découverte est rapportée dans le dernier numéro de Matériaux naturels .

Les points quantiques sont des semi-conducteurs à l'échelle nanométrique qui capturent la lumière et la convertissent en une source d'énergie. En raison de leur petite taille, les points peuvent être pulvérisés sur des surfaces souples, y compris les plastiques. Cela permet de produire des cellules solaires moins chères à produire et plus durables que la version plus connue à base de silicium. Dans les travaux mis en évidence par le Matériaux naturels article intitulé "Collodial-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation, " les chercheurs démontrent comment les enveloppes qui encapsulent les points quantiques peuvent être réduites à une simple couche d'atomes.

« Nous avons trouvé comment réduire les matériaux de passivation à la plus petite taille imaginable, " déclare le professeur Ted Sargent, auteur correspondant sur les travaux et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en nanotechnologie à l'U de T.

Un défi crucial pour le terrain a été de trouver un équilibre entre commodité et performance. La conception idéale est celle qui emballe étroitement les points quantiques ensemble. Plus la distance entre les points quantiques est grande, plus l'efficacité est faible.

Cependant, les points quantiques sont généralement coiffés de molécules organiques qui ajoutent un nanomètre ou deux. Lorsque vous travaillez à l'échelle nanométrique, c'est encombrant. Pourtant, les molécules organiques ont été un ingrédient important dans la création d'un colloïde, qui est une substance qui est dispersée dans une autre substance. Cela permet aux points quantiques d'être peints sur d'autres surfaces.

Résoudre le problème, les chercheurs se sont tournés vers les ligands inorganiques, qui lient les points quantiques ensemble tout en utilisant moins d'espace. Le résultat est les mêmes caractéristiques colloïdales mais sans les molécules organiques volumineuses.

"Nous avons enroulé une seule couche d'atomes autour de chaque particule. En conséquence, ils ont emballé les points quantiques dans un solide très dense, " explique le Dr Jiang Tang, le premier auteur de l'article qui a mené la recherche alors qu'il était boursier postdoctoral au département de génie électrique et informatique Edward S. Rogers de l'Université de Toronto.

L'équipe a montré les courants électriques les plus élevés, et l'efficacité globale de conversion de puissance la plus élevée, jamais vu dans les cellules solaires CQD. Les résultats des performances ont été certifiés par un laboratoire externe, Newport, qui est accrédité par le US National Renewable Energy Laboratory.

"L'équipe a prouvé que nous étions capables de supprimer les pièges de charge - des emplacements où les électrons se coincent - tout en emballant les points quantiques étroitement ensemble, " dit le professeur John Asbury de Penn State, un co-auteur de l'ouvrage.

La combinaison de l'emballage serré et de l'élimination du piège de charge a permis aux électrons de se déplacer rapidement et en douceur à travers les cellules solaires, offrant ainsi une efficacité record.

"Cette découverte prouve la puissance des ligands inorganiques dans la construction de dispositifs pratiques, " déclare le professeur Dmitri Talapin de l'Université de Chicago, qui est un leader de la recherche dans le domaine. « Cette nouvelle chimie de surface ouvre la voie à des cellules solaires à points quantiques à la fois efficaces et stables. Elle devrait également avoir un impact sur d'autres dispositifs électroniques et optoélectroniques qui utilisent des nanocristaux colloïdaux. stabilité à long terme."

"Chez KAUST, nous avons pu visualiser, avec une résolution incroyable sur l'échelle de longueur sub-nanométrique, la structure et la composition de cette remarquable nouvelle classe de matériaux, " déclare le professeur Aram Amassian de KAUST, un co-auteur de l'ouvrage.

"Nous avons prouvé que les passivants inorganiques étaient étroitement corrélés avec l'emplacement des points quantiques ; et que c'était cette nouvelle approche de la passivation chimique, plutôt que l'ordre des nanocristaux, qui a conduit à cette performance record de cellule solaire à points quantiques colloïdaux, " il ajoute.

En raison du potentiel de cette découverte de recherche, un accord de licence technologique a été signé par U of T et KAUST, négocié par MaRS Innovations (MI), qui permettra la commercialisation mondiale de cette nouvelle technologie.

"Le monde - et le marché - ont besoin d'innovations solaires qui rompent le compromis existant entre performance et coût. Grâce à U of T's, Mis, et le partenariat de KAUST, nous sommes prêts à traduire des recherches passionnantes en innovations tangibles qui peuvent être commercialisées, " dit Sargent.