(Phys.org) - Une avancée passionnante dans la technologie des cellules solaires développée à l'Université du Kansas a produit les cellules photovoltaïques les plus efficaces au monde à base de nanocarbones, matériaux qui ont le potentiel de réduire considérablement les coûts de la technologie photovoltaïque à l'avenir.
« Nous avons en fait battu le record d'efficacité photovoltaïque tout carbone, " dit Shenqiang Ren, professeur assistant de chimie à la KU, qui a dirigé la recherche avec des collègues du Massachusetts Institute of Technology. « Cellules solaires à base de nanotubes de carbone, autrefois, en moyenne moins de 1 pour cent d'efficacité. Même si ces matériaux présentent un si grand potentiel, il y a tellement de problèmes. Mais nous les abordons. Alors maintenant, notre efficacité est passée à 1,3 %. Il n'atteint pas le niveau commercial d'efficacité, mais nous y travaillons toujours, essayer de l'optimiser, en essayant d'en tirer une meilleure efficacité."
Pour être commercialement viable, Ren a déclaré qu'un panneau photovoltaïque doit franchir un seuil d'efficacité de 10 pour cent, ce qui signifie qu'il doit convertir un dixième de l'énergie d'entrée de la lumière solaire en puissance de sortie des cellules solaires. Les panneaux photovoltaïques en silicone actuellement disponibles dans le commerce sont efficaces de 17 à 22%, mais ils viennent avec un prix très élevé.
Le chercheur de la KU a déclaré que les panneaux photovoltaïques fabriqués à partir de nanomatériaux de carbone pourraient faire progresser la technologie solaire car ils sont fabriqués à partir de matériaux bon marché, des matériaux carbonés faciles à obtenir et respectueux de l'environnement, ont une absorption optique élevée et une bien meilleure photostabilité, ce qui signifie que leurs performances ne se dégradent pas après une exposition au soleil.
« Dans nos recherches, nous utilisons des buckyballs en carbone, des nanotubes de carbone et un dérivé du graphène, " a déclaré Ren. " Les matériaux nanocarbonés présentent une photostabilisation remarquable sans emballage traditionnel requis dans les cellules solaires organiques. Nous avons en fait comparé deux types de cellules solaires en laboratoire. Nous avions une cellule solaire organique standard, puis nous avons fabriqué exactement la même cellule solaire tout carbone. Puis, nous avons comparé la photodégradation sans aucun emballage de protection. L'organique s'est dégradé si rapidement qu'après 100 heures, la cellule solaire organique n'était plus fonctionnelle du tout, mais la cellule solaire tout carbone fonctionnait très bien."
Alors que le taux d'efficacité de 1,3 % des cellules photovoltaïques au nanocarbone de Ren est en deçà de la technologie solaire disponible dans le commerce d'aujourd'hui, la limite théorique pour les cellules photovoltaïques tout carbone est de 13 %. Si Ren et ses collègues peuvent réaliser dans le monde réel ce qu'ils théorisent est possible en utilisant le nanocarbone, la technologie prospérerait sur le marché et pourrait avoir un impact plus large sur la technologie au-delà de l'énergie solaire.
"Notre objectif est de faire progresser cette performance, et en attendant nous voulons mieux comprendre la dynamique des excitons et le transfert de charge, " a déclaré Ren. " Ce matériau de carbone est très nouveau pour la photophysique, et une cellule photovoltaïque n'est qu'une des applications émergentes du cadre tout carbone. Cela pourrait ouvrir une toute nouvelle optique en matière de carbone. Par exemple, nous pourrions utiliser ce carbone pour un photodétecteur ou un capteur. Une fois ces problèmes fondamentaux résolus, il y a un tout nouveau champ qui peut être ouvert par cette découverte."
Kansas NSF EPSCoR, Ministère de l'Énergie, le Center for Environmentally Beneficial Catalysis et le New Faculty General Research Fund Program de la KU ont soutenu la recherche du groupe Ren à la KU. En outre, Ren attribue à KU "Sustaining the Planet, Powering the World" en l'amenant à l'université.
Les découvertes de Ren apparaissent dans le numéro du 9 octobre de ACS Nano.
