Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas développent une nanotechnologie qui pourrait conduire à une nouvelle plate-forme pour les cellules solaires, celui qui pourrait conduire au développement de briquet, technologie solaire flexible et plus polyvalente que celle actuellement disponible.

La National Science Foundation a récemment décerné un prix de 390 $, 000 bourses au Dr Anton Malko et au Dr Yuri Gartstein, tous deux au département de physique, et le Dr Yves Chabal du Département de science et génie des matériaux pour approfondir leurs recherches sur la faisabilité des dispositifs photovoltaïques à couche ultramince, qui convertissent la lumière du soleil en énergie électrique.

"Les cellules solaires traditionnelles au silicium disponibles dans le commerce sont fabriquées à partir de silicium de quelques centaines de microns d'épaisseur, " a déclaré Malko. "Notre objectif est de réduire cela par cent, jusqu'à environ un micron d'épaisseur, tout en maintenant l'efficacité."

Un micron, ou micromètre, est une unité de mesure, égal à un millionième de mètre. En comparaison, le diamètre d'un cheveu humain est d'environ 100 microns, et une pièce de dix cents américaine vaut environ 1, 250 microns d'épaisseur.

Alors que l'échelle des objets de recherche est minuscule, leur impact pourrait être considérable.

« Les cellules solaires de 100 microns d'épaisseur sont rigides et fragiles, " dit Malko. " A l'épaisseur que nous étudions, les appareils ne seraient pas seulement plus légers, mais ils deviennent aussi flexibles. Il existe un grand marché et une niche d'application pour les cellules solaires flexibles, comme sur des vêtements ou des sacs à dos pour les randonneurs, ou dans des situations où vous avez besoin de sources portables pour alimenter l'électronique."

L'approche de l'UT Dallas pour construire des cellules solaires implique l'utilisation de particules de cristal nanométriques appelées points quantiques, qui absorbent bien mieux la lumière que le silicium. L'énergie qu'ils absorbent est ensuite transférée en silicium et convertie en un signal électrique.

Les chercheurs construisent leurs structures photovoltaïques expérimentales couche par couche, à partir d'une couche ultrafine de silicium, une nanomembrane d'environ un dixième de micron d'épaisseur. En plus de ça, à l'aide de "linkers" moléculaires spéciaux, " Des couches de points quantiques positionnés avec précision sont ajoutées.

"Ce n'est pas encore un projet d'ingénierie, c'est un projet de recherche, " Gartstein a déclaré. "Nous pensons que nous posons des questions scientifiques intéressantes et recherchons des concepts qui pourraient éventuellement conduire à des appareils."

Les premiers résultats de la recherche ont été publiés récemment dans la revue ACS Nano .

"Le point clé de nos recherches est de caractériser la manière dont l'énergie est transférée des boîtes quantiques à travers les couches jusqu'au silicium, ainsi que pour déterminer comment nous pourrions exploiter ces propriétés et optimiser l'agencement des points quantiques, l'épaisseur des couches et d'autres aspects de la structure, " dit Malko.

La recherche interdisciplinaire implique non seulement la maîtrise de la physique expérimentale et théorique, que Malko et Gartstein fournissent. L'expertise en science des matériaux et en nanotechnologie est également cruciale. Un membre clé de l'équipe est le Dr Oliver Seitz, chercheur postdoctoral au laboratoire Chabal, qui a effectué le processus délicat et contrôlé avec précision de la construction effective des structures d'essai.

"Ce projet, conçu et initié par Anton Malko, a été passionnant à toutes les étapes de la recherche, " dit Chabal, titulaire de la chaire Texas Instruments Distinguished University en nanoélectronique. "Cela a engagé mon groupe dans une application passionnante reposant sur le contrôle chimique des surfaces que nous développons."

Gartstein a ajouté :"C'est l'un de ces cas où le mot" synergie " s'applique vraiment. En tant que théoricien, Je peux trouver des idées et faire des calculs, mais je ne peux pas construire ces choses. En science des matériaux, Le Dr Seitz met en œuvre nos idées communes pour fabriquer les échantillons physiques. Puis dans le laboratoire du Dr Malko, la spectroscopie laser ultrarapide est utilisée pour mesurer physiquement les processus et propriétés pertinents. Hué Minh Nguyen, un étudiant diplômé en physique, largement contribué à cet effort.

"Ce fut un grand plaisir de travailler ensemble dans cette atmosphère de vraie collaboration, " il a dit.