(PhysOrg.com) -- Il faut généralement un jour ou deux pour préparer des cellules solaires à points quantiques dans l'architecture multifilm conventionnelle. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs réduit le temps de préparation des cellules solaires à points quantiques à moins d'une heure en changeant la forme en une peinture solaire à points quantiques à une couche. Bien que la forme de peinture soit actuellement environ cinq fois moins efficace que l'efficacité la plus élevée enregistrée pour la forme multifilm, les chercheurs prédisent que l'efficacité peut être améliorée, ce qui pourrait conduire à un moyen simple et économiquement viable de préparer des cellules solaires.

Les chercheurs, Mathew P. Genovese de l'Université de Waterloo au Canada, avec Ian V. Lightcap et Prashant V. Kamat du Radiation Laboratory et du Département de chimie et de biochimie de l'Université de Notre Dame dans l'Indiana, publieront leur étude dans un prochain numéro de ACS Nano .

La nouvelle peinture solaire, que les chercheurs appellent avec humour « la peinture solaire Sun Believable, ” se compose d'une pâte jaune ou brune faite de points quantiques. La petite taille de ces minuscules nanocristaux semi-conducteurs permet de capturer presque toute la lumière solaire visible incidente avec une couche de points extrêmement mince. Les chercheurs ont expérimenté trois types de points quantiques :CdS, CdSe, et TiO 2 , qui sont tous poudreux, avec de l'eau et du tert-butanol comme solvant. Comme Kamat l'a expliqué, toutes les peintures commerciales sont TiO 2 suspensions à base de nanoparticules. Mais au lieu d'ajouter de la teinture pour donner à la peinture la couleur désirée, Ici, les chercheurs ont ajouté des nanocristaux semi-conducteurs colorés à la peinture solaire pour obtenir les propriétés optiques et électroniques souhaitées.

« Les points quantiques sont des nanocristaux semi-conducteurs qui présentent des propriétés optiques et électroniques dépendantes de la taille, " a dit Kamat PhysOrg.com . « Dans une cellule solaire sensibilisée aux points quantiques, l'excitation d'une boîte quantique semi-conductrice ou d'un nanocristal semi-conducteur est suivie d'une injection d'électrons dans TiO 2 nanoparticules. Ces électrons sont ensuite transférés à la surface de l'électrode collectrice pour générer un photocourant. Les trous qui restent dans la boîte quantique semi-conductrice sont éliminés par un conducteur de trous ou un couple redox et sont transportés vers une contre-électrode.

Comme l'explique Kamat, la peinture solaire a des avantages dans la simplicité, économie, et stabilité par rapport aux architectures de cellules solaires multifilms. Bien que la préparation d'un film à points quantiques en tant que cellule solaire nécessite généralement plusieurs étapes fastidieuses, les cellules solaires sous forme de peinture peuvent être simplement appliquées au pinceau sur une surface en une seule étape.

« Si nous pouvons optimiser la préparation de la peinture, il doit être possible à n'importe qui d'ouvrir une bouteille (ou une canette à terme) et de l'appliquer sur une surface conductrice, " il a dit. «Cela réduira la variabilité entre laboratoire à laboratoire ou personne à personne au fur et à mesure que l'on rencontre dans un processus en plusieurs étapes. Le fait d'avoir moins d'étapes de fabrication et de conditions de préparation ambiantes devrait fournir une technologie de transformation économiquement viable. »

Les chercheurs ont expérimenté plusieurs combinaisons et rapports différents de points quantiques pour créer différents mélanges de peinture. Ils ont découvert qu'un composite de mélange CdS/TiO 2 et CdSe/TiO 2 les nanoparticules obtiennent les meilleures performances, en particulier lorsque le CdS et le CdSe sont déposés directement sur le TiO 2 nanoparticules comme revêtement. Lorsqu'il est appliqué sur une électrode de verre, la peinture a un rendement global de conversion de puissance supérieur à 1 %. Bien que certaines cellules solaires à points quantiques multifilms aient des rendements supérieurs à 5%, les chercheurs pensent que l'utilisation de différents points quantiques et une optimisation supplémentaire pourraient augmenter considérablement l'efficacité de la peinture.

« Un contrôle minutieux de la taille des particules et un meilleur transport des électrons à travers le TiO 2 doit nous permettre de maximiser l'efficacité, ", a déclaré Kamat. « Nous allons également étendre la plage d'absorption au proche infrarouge en utilisant des semi-conducteurs tels que le PbS et le PbSe. Notre objectif à court terme est d'atteindre des rendements supérieurs à 5%, comparable à d'autres cellules solaires à base de nanocristaux semi-conducteurs.

La nouvelle peinture solaire est la première étape vers le développement d'une technologie solaire qui pourrait potentiellement avoir de nombreuses applications. Certaines utilisations peuvent inclure la peinture d'appareils électroniques tels que des téléphones portables et des ordinateurs, en plus des toits, les fenêtres, et voitures. Des applications à grande échelle pourraient être utilisées pour construire des fermes solaires dans les déserts.

« L'objectif est de préparer une peinture solaire qui a une longue durée de vie, ", a déclaré Kamat. « Dans nos laboratoires, nous avons testé les performances pendant quelques jours à une semaine, et nous le trouvons stable tant qu'il est stocké dans l'obscurité. Des tests supplémentaires sont en cours pour étudier la stabilité à long terme des peintures avec différentes compositions. »

Afin de développer un produit commercial, les chercheurs doivent encore travailler sur deux autres composants de la peinture des cellules solaires.

« La peinture solaire développée dans cette étude n'est qu'un composant de la cellule solaire, ", a déclaré Kamat. « Les deux autres composants qui nécessitent un développement plus poussé sont une couche conductrice de trous et un réseau de contre-électrodes. Nous continuerons sur le thème de la simplicité et de la polyvalence pour développer ces deux autres étapes restantes. La présente étude est la première étape du développement d'une technologie transformatrice pour les cellules solaires.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Tous les droits sont réservés. Ce matériel ne peut pas être publié, diffuser, réécrit ou redistribué en tout ou en partie sans l'autorisation écrite expresse de PhysOrg.com.