L'énergie solaire est peut-être en hausse, mais les cellules solaires ne sont aussi efficaces que la quantité de lumière solaire qu'elles collectent. Sous la direction d'un nouveau professeur à la McCormick School of Engineering and Applied Science de la Northwestern University, les chercheurs ont développé un nouveau matériau qui absorbe une large gamme de longueurs d'onde et pourrait conduire à une technologie solaire plus efficace et moins coûteuse.

Un article décrivant les résultats, "Absorption de la lumière résonante indépendante de la polarisation à large bande utilisant des superabsorbeurs plasmoniques ultrafins, " a été publié mardi dans le journal Communication Nature .

"Le spectre solaire n'est pas comme un laser - il est très large bande, commençant par les UV et allant jusqu'au proche infrarouge, " a déclaré Koray Aydin, professeur adjoint de génie électrique et d'informatique et auteur principal de l'article. "Pour capturer cette lumière plus efficacement, une cellule solaire doit avoir une réponse à large bande. Cette conception nous permet d'y parvenir."

Les chercheurs ont utilisé deux matériaux non conventionnels - le métal et l'oxyde de silicium - pour créer des matériaux minces mais complexes, des grilles métalliques de forme trapézoïdale à l'échelle nanométrique qui peuvent piéger une plus large gamme de lumière visible. L'utilisation de ces matériaux est inhabituelle car, à eux seuls, ils n'absorbent pas la lumière; cependant, ils ont travaillé ensemble à l'échelle nanométrique pour atteindre des taux d'absorption très élevés, a dit Aydin.

Le réseau de forme unique a capturé une large gamme de longueurs d'onde en raison des résonances optiques locales, la lumière passe plus de temps à l'intérieur du matériau jusqu'à ce qu'elle soit absorbée. Ce métamatériau composite était également capable de collecter la lumière sous de nombreux angles différents - une qualité utile lorsqu'il s'agit de faire face à la lumière du soleil, qui frappe les cellules solaires sous différents angles lorsque le soleil se déplace d'est en ouest tout au long de la journée.

Cette recherche n'est pas directement applicable à la technologie des cellules solaires car le métal et l'oxyde de silicium ne peuvent pas convertir la lumière en électricité; En réalité, les photons sont convertis en chaleur et pourraient permettre de nouvelles façons de contrôler le flux de chaleur à l'échelle nanométrique. Cependant, la forme trapézoïdale innovante pourrait être reproduite dans des matériaux semi-conducteurs qui pourraient être utilisés dans les cellules solaires, a dit Aydin.

S'il est appliqué aux matériaux semi-conducteurs, la technologie pourrait conduire à plus mince, moindre coût, et des cellules solaires plus efficaces, il a dit.