La plupart des efforts visant à améliorer les cellules solaires se sont concentrés sur l'augmentation de l'efficacité de leur conversion d'énergie, ou sur la baisse des coûts de fabrication. Mais maintenant, les chercheurs du MIT ouvrent une autre voie d'amélioration, visant à produire les panneaux solaires les plus minces et les plus légers possibles.

De tels panneaux, qui ont le potentiel de surpasser toute substance autre que l'uranium de qualité réacteur en termes d'énergie produite par livre de matière, pourrait être fabriqué à partir de feuilles empilées de matériaux d'une seule molécule d'épaisseur tels que le graphène ou le bisulfure de molybdène.

Jeffrey Grossman, le professeur agrégé Carl Richard Soderberg d'ingénierie énergétique au MIT, dit que la nouvelle approche « pousse vers la conversion de puissance ultime possible à partir d'un matériau » pour l'énergie solaire. Grossman est l'auteur principal d'un nouvel article décrivant cette approche, publié dans la revue Lettres nano .

Bien que les scientifiques aient consacré une attention considérable ces dernières années au potentiel des matériaux bidimensionnels tels que le graphène, Grossman dit, leur potentiel pour les applications solaires a été peu étudié. Il s'avère, il dit, "ils ne sont pas seulement OK, mais c'est incroyable à quel point ils le font bien."

En utilisant deux couches de tels matériaux d'épaisseur atomique, Grossman dit, son équipe a prédit des cellules solaires avec une efficacité de 1 à 2% dans la conversion de la lumière du soleil en électricité, C'est faible par rapport à l'efficacité de 15 à 20 % des cellules solaires au silicium standard, il dit, mais il est obtenu à l'aide d'un matériau des milliers de fois plus fin et plus léger que le papier de soie. La cellule solaire à deux couches n'a que 1 nanomètre d'épaisseur, tandis que les cellules solaires au silicium typiques peuvent être des centaines de milliers de fois plus élevées. L'empilement de plusieurs de ces couches bidimensionnelles pourrait augmenter considérablement l'efficacité.

"L'empilement de quelques couches pourrait permettre une plus grande efficacité, qui rivalise avec d'autres technologies de cellules solaires bien établies, " dit Marco Bernardi, un post-doctorant au département des sciences des matériaux du MIT qui était l'auteur principal de l'article. Maurizia Palummo, chercheur principal à l'Université de Rome en visite au MIT dans le cadre du programme MISTI Italie, était également co-auteur.

Pour les applications où le poids est un facteur crucial, comme dans les engins spatiaux, l'aviation ou pour une utilisation dans des régions éloignées du monde en développement où les coûts de transport sont importants - de telles cellules légères pourraient déjà avoir un grand potentiel, dit Bernardi.

Livre pour livre, il dit, les nouvelles cellules solaires produisent jusqu'à 1, 000 fois plus de puissance que le photovoltaïque conventionnel. À environ un nanomètre (milliardième de mètre) d'épaisseur, "C'est 20 à 50 fois plus mince que la cellule solaire la plus mince qui puisse être fabriquée aujourd'hui, " Grossman ajoute. " Vous ne pourriez pas faire une cellule solaire plus mince. "

Cet élancement n'est pas seulement avantageux dans le transport, mais aussi dans la facilité de montage des panneaux solaires. Environ la moitié du coût des panneaux d'aujourd'hui est dans les structures de support, installation, systèmes de câblage et de contrôle, des dépenses qui pourraient être réduites grâce à l'utilisation de structures plus légères.

En outre, le matériau lui-même est beaucoup moins cher que le silicium hautement purifié utilisé pour les cellules solaires standard et parce que les feuilles sont si minces, ils ne nécessitent que de minuscules quantités de matières premières.

Le travail de l'équipe du MIT jusqu'à présent pour démontrer le potentiel des matériaux à épaisseur atomique pour la production solaire n'est « que le début, " dit Grossman. D'une part, le bisulfure de molybdène et le diséléniure de molybdène, les matériaux utilisés dans ce travail, ne sont que deux des nombreux matériaux 2D dont le potentiel pourrait être étudié, pour ne rien dire des différentes combinaisons de matériaux pris en sandwich. "Il y a tout un zoo de ces matériaux qui peuvent être explorés, " dit Grossman. " Mon espoir est que ce travail prépare le terrain pour que les gens pensent à ces matériaux d'une nouvelle manière. "

Bien qu'aucune méthode à grande échelle de production de bisulfure de molybdène et de diséléniure de molybdène n'existe à ce stade, il s'agit d'un domaine de recherche actif. La fabricabilité est « une question essentielle, " Grossman dit, "mais je pense que c'est un problème soluble."

Un avantage supplémentaire de ces matériaux est leur stabilité à long terme, même en plein air; les autres matériaux des cellules solaires doivent être protégés sous des couches de verre lourdes et coûteuses. "Il est essentiellement stable dans l'air, sous lumière ultraviolette, et en humidité, " dit Grossman. " C'est très robuste. "

Jusqu'à présent, le travail a été basé sur la modélisation informatique des matériaux, Grossman dit, ajoutant que son groupe essaie maintenant de produire de tels appareils. "Je pense que c'est la pointe de l'iceberg en termes d'utilisation de matériaux 2D pour l'énergie propre", dit-il.

L'article est intitulé "Extraordinary Sunlight Absorption and 1 nm-Thick Photovoltaics using Two-Dimensional Monolayer Materials".

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.