Une nouvelle technique développée par le professeur d'ingénierie de l'Université de Toronto Ted Sargent et son groupe de recherche pourrait conduire à des cellules solaires beaucoup plus efficaces, selon un article récent publié dans la revue Lettres nano .

Le papier, "Photovoltaïque plasmonique-excitonique à réglage conjoint utilisant des nanoshells, " décrit une nouvelle technique pour améliorer l'efficacité dans le photovoltaïque à points quantiques colloïdaux, une technologie qui promet déjà peu cher, technologie de cellules solaires plus efficace. Le photovoltaïque à points quantiques offre la possibilité de l'énergie solaire à grande surface - cependant, ces appareils ne sont pas encore très efficaces dans la partie infrarouge du spectre solaire, qui est responsable de la moitié de la puissance solaire qui atteint la Terre.

La solution? Accordé spectralement, nanoparticules plasmoniques traitées en solution. Ces particules, disent les chercheurs, offrent un contrôle sans précédent sur la propagation et l'absorption de la lumière.

La nouvelle technique développée par le groupe de Sargent montre une augmentation possible de 35 % de l'efficacité de la technologie dans la région spectrale du proche infrarouge, déclare la co-auteure, la Dre Susanna Thon. Globalement, cela pourrait se traduire par une augmentation de 11 % de l'efficacité de conversion de l'énergie solaire, elle dit, rendant le photovoltaïque à points quantiques encore plus attractif comme alternative aux technologies actuelles des cellules solaires.

"Il y a deux avantages aux points quantiques colloïdaux, » dit Thon. « D'abord, ils sont beaucoup moins chers, ils réduisent ainsi le coût de production d'électricité mesuré en coût par watt de puissance. Mais le principal avantage est qu'en changeant simplement la taille de la boîte quantique, vous pouvez modifier son spectre d'absorption de la lumière. Changer la taille est très facile, et cette accordabilité en taille est une propriété partagée par les matériaux plasmoniques :en changeant la taille des particules plasmoniques, nous avons pu chevaucher les spectres d'absorption et de diffusion de ces deux classes clés de nanomatériaux."

Le groupe de Sargent a obtenu une efficacité accrue en incorporant des nanocoquilles d'or directement dans le film absorbant à points quantiques. Bien que l'or ne soit généralement pas considéré comme un matériau économique, autre, des métaux à moindre coût peuvent être utilisés pour mettre en œuvre le même concept prouvé par Thon et ses collègues.

Elle dit que la recherche actuelle fournit une preuve de principe. "Les gens ont essayé de faire un travail similaire, mais le problème a toujours été que le métal qu'ils utilisent absorbe également un peu de lumière et ne contribue pas au photocourant - c'est donc juste de la lumière perdue."

Il reste du travail à faire, Elle ajoute. "Nous voulons atteindre plus d'optimisation, et nous sommes également intéressés à rechercher des métaux moins chers pour construire une meilleure cellule. Nous aimerions également mieux cibler l'endroit où les photons sont absorbés dans la cellule - il s'agit d'un système photovoltaïque important car vous voulez absorber autant de photons que possible aussi près que possible de l'électrode collectrice de charge. »

La recherche est également importante car elle montre le potentiel de réglage des propriétés des nanomatériaux pour atteindre un certain objectif, dit Paul Weiss, Directeur du California NanoSystems Institute de l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA).

"Ce travail est un excellent exemple de réalisation de la promesse de la nanoscience et de la nanotechnologie, " dit Weiss. " En développant les moyens d'ajuster les propriétés des nanomatériaux, Sargent et ses collègues ont pu apporter des améliorations significatives à une fonction importante de l'appareil, à savoir capturer plus efficacement une plus large gamme du spectre solaire. »