Des chercheurs de l'Université de Toronto et de l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST) ont fait une percée dans le développement de films à points quantiques colloïdaux (CQD), menant à la cellule solaire CQD la plus efficace jamais conçue. Leur travail est présenté dans une lettre publiée dans Nature Nanotechnologie.

Les chercheurs, dirigé par le professeur de génie de l'Université de Toronto, Ted Sargent, a créé une cellule solaire à partir de matériaux peu coûteux qui a été certifiée avec un rendement record de 7,0 %.

"Précédemment, les cellules solaires à points quantiques ont été limitées par les grandes surfaces internes des nanoparticules dans le film, qui rendait l'extraction d'électricité difficile, " a déclaré le Dr Susanna Thon, un co-auteur principal de l'article. "Notre avancée a été d'utiliser une combinaison de chimie organique et inorganique pour couvrir complètement toutes les surfaces exposées."

Les points quantiques sont des semi-conducteurs de quelques nanomètres seulement et peuvent être utilisés pour capter l'électricité de l'ensemble du spectre solaire, y compris les longueurs d'onde visibles et invisibles. Contrairement aux techniques actuelles de croissance lente et coûteuse des semi-conducteurs, Les films CQD peuvent être créés rapidement et à faible coût, semblable à de la peinture ou de l'encre. Cette recherche ouvre la voie à des cellules solaires qui peuvent être fabriquées sur des substrats flexibles de la même manière que les journaux sont rapidement imprimés en grande quantité.

La cellule U of T représente une augmentation de 37% de l'efficacité par rapport au précédent record certifié. Afin d'améliorer l'efficacité, les chercheurs avaient besoin d'un moyen à la fois de réduire le nombre de « pièges » pour les électrons associés à une mauvaise qualité de surface tout en garantissant simultanément que leurs films étaient très denses pour absorber autant de lumière que possible. La solution était un schéma dit de « passivation hybride ».

"En introduisant de petits atomes de chlore immédiatement après la synthèse des points, nous sommes en mesure de réparer les coins et recoins auparavant inaccessibles qui conduisent à des pièges à électrons, ", a expliqué le doctorant et co-auteur principal Alex Ip. "Nous suivons cela en utilisant de courts liens organiques pour lier plus étroitement les points quantiques dans le film."

Les travaux dirigés par le professeur Aram Amassian de KAUST ont montré que l'échange de ligand organique était nécessaire pour obtenir le film le plus dense.

"Le groupe KAUST a utilisé des méthodes synchrotron de pointe avec une résolution inférieure au nanomètre pour discerner la structure des films et prouver que la méthode de passivation hybride a conduit aux films les plus denses avec les nanoparticules les plus compactes, " a déclaré le professeur Amassian.

L'avancée ouvre de nombreuses voies pour de nouvelles recherches et l'amélioration de l'efficacité des appareils, qui pourrait contribuer à un avenir radieux avec des énergie solaire à faible coût.

Selon le professeur Sargent, "Notre monde a un besoin urgent d'innovation, des moyens rentables de convertir l'abondante énergie solaire en électricité utilisable. Ce travail montre que les interfaces de matériaux abondants à l'intérieur des boîtes quantiques colloïdales peuvent être maîtrisées de manière robuste, prouvant qu'un faible coût et une efficacité en constante amélioration peuvent être combinés."