De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l'Université de Yale contribuent à ouvrir la voie à la prochaine génération de cellules solaires, une technologie d'énergie renouvelable qui convertit directement l'énergie solaire en électricité.

Dans une paire d'articles récents, Les ingénieurs de Yale signalent un moyen novateur et rentable d'améliorer l'efficacité des cellules solaires en silicium cristallin grâce à l'application de minces, films lisses de nanotubes de carbone. Ces films pourraient être utilisés pour produire des cellules solaires hybrides carbone/silicium avec une efficacité de conversion d'énergie bien supérieure à celle rapportée dans ce système à ce jour.

« Notre approche allie la rentabilité et les excellentes propriétés électriques et optiques de nouveaux nanomatériaux à des technologies de cellules solaires au silicium à haut rendement, " a déclaré André D. Taylor, professeur adjoint de génie chimique et environnemental à Yale et chercheur principal de la recherche.

Les chercheurs ont rapporté leurs travaux dans deux articles publiés en décembre, un dans le journal Sciences de l'énergie et de l'environnement et un dans Lettres nano . Mark A. Reed, professeur de génie électrique et de physique appliquée à Yale, est également chercheur principal.

Silicium, un élément abondant, est un matériau idéal pour les cellules solaires car ses propriétés optiques en font un convertisseur d'énergie intrinsèquement efficace. Mais le coût élevé du traitement du silicium monocristallin à des températures nécessairement élevées a entravé une commercialisation à grande échelle.

Les cellules solaires organiques - une alternative existante aux cellules solaires au silicium cristallin à coût élevé - permettent une utilisation plus simple, traitement à température ambiante et coûts réduits, les chercheurs ont dit, mais ils ont une faible efficacité de conversion de puissance.

Au lieu d'utiliser uniquement des substituts organiques, l'équipe de Yale a appliqué mince, des films de nanotubes de carbone lisses avec une conductance et des propriétés optiques supérieures à la surface du silicium monocristallin pour créer une architecture de cellule solaire hybride. Pour le faire, ils ont développé une méthode appelée glissement superacide.

Comme indiqué dans les journaux, l'approche leur permet de tirer parti des propriétés photovoltaïques souhaitables du silicium monocristallin grâce à une méthode plus simple, basse température, processus à moindre coût. Il permet à la fois une absorption lumineuse élevée et une conductivité électrique élevée.

"C'est frappant, car il suggère que les propriétés photovoltaïques supérieures du silicium monocristallin peuvent être réalisées par un simple, procédé à basse température, " dit Xiaokai Li, un étudiant au doctorat dans le laboratoire de Taylor et un auteur principal sur les deux articles. "Le secret réside dans l'agencement et l'assemblage de ces couches minces de nanotubes de carbone, "

Dans des travaux antérieurs, Un scientifique de Yale a développé avec succès un film mince composite de nanotubes de carbone qui pourrait être utilisé dans les piles à combustible et les batteries lithium-ion. Les recherches récentes suggèrent comment étendre l'application du film aux cellules solaires en optimisant sa douceur et sa durabilité.

"L'optimisation de cette interface pourrait également servir de plate-forme pour de nombreux dispositifs de cellules solaires de nouvelle génération, y compris nanotube/polymère de carbone, carbone/polymère, et toutes les cellules solaires au carbone, " a déclaré Yeonwoong (Eric) Jung, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Reed et également auteur principal des articles.