Chercheurs de la Fondation FOM, Université de technologie de Delft, Toyota Motor Europe et l'Université de Californie ont développé une nanostructure avec laquelle ils peuvent rendre les cellules solaires très efficaces. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 23 août 2013 dans l'édition en ligne de Communication Nature .

Les nanostructures intelligentes peuvent augmenter le rendement des cellules solaires. Une équipe internationale de chercheurs dont des physiciens de la Fondation FOM, Université de technologie de Delft et Toyota, ont maintenant optimisé les nanostructures pour que la cellule solaire fournisse plus d'électricité et perde moins d'énergie sous forme de chaleur.

Cellules solaires

Une cellule solaire conventionnelle contient une couche de silicium. Lorsque la lumière du soleil tombe sur cette couche, les électrons du silicium absorbent l'énergie des particules lumineuses (photons). En utilisant cette énergie, les électrons sautent à travers une "bande interdite", grâce à quoi ils peuvent se déplacer librement et l'électricité circule.

Le rendement d'une cellule solaire est optimisé si l'énergie des photons est égale à la bande interdite du silicium. Lumière du soleil, cependant, contient de nombreux photons avec des énergies supérieures à la bande interdite. L'excès d'énergie est perdu sous forme de chaleur, ce qui limite le rendement d'une cellule solaire classique.

Nanosphères

Il y a quelques années, les chercheurs de l'Université de technologie de Delft, ainsi que d'autres physiciens, démontré que l'énergie excédentaire pouvait encore être utilisée à bon escient. Dans les petites sphères d'un matériau semi-conducteur, l'excès d'énergie permet à des électrons supplémentaires de franchir la bande interdite. Ces nanosphères, les points dits quantiques, ont un diamètre de seulement un dix millième de cheveu humain.

Si une particule légère permet à un électron dans une boîte quantique de traverser la bande interdite, l'électron se déplace dans le point. Cela garantit que l'électron entre en collision avec d'autres électrons qui sautent ensuite également à travers la bande interdite. À la suite de ce processus, un seul photon peut mobiliser plusieurs électrons, multipliant ainsi la quantité de courant produite.

Contact entre les points quantiques

Cependant, jusqu'à présent, le problème était que les électrons restaient piégés dans leurs boîtes quantiques et ne pouvaient donc pas contribuer au courant dans la cellule solaire. Cela était dû aux grosses molécules qui stabilisent la surface des points quantiques. Ces grosses molécules empêchent les électrons de passer d'un point quantique au suivant et donc aucun courant ne circule.

Dans la nouvelle conception, les chercheurs ont remplacé les grosses molécules par de petites molécules et ont rempli l'espace vide entre les points quantiques avec de l'oxyde d'aluminium. Cela a conduit à beaucoup plus de contacts entre les points quantiques permettant aux électrons de se déplacer librement.

Rendement

En utilisant la spectroscopie laser, les physiciens ont constaté qu'un seul photon provoquait en effet la libération de plusieurs électrons dans le matériau contenant des points quantiques liés. Tous les électrons qui ont sauté à travers la bande interdite se sont déplacés librement dans le matériau. De ce fait, le rendement théorique des cellules solaires contenant de tels matériaux s'élève à 45%, ce qui est plus de 10 % plus élevé qu'une cellule solaire conventionnelle.

Ce type de cellule solaire plus efficace est facile à produire :la structure de nanosphères liées peut être appliquée à la cellule solaire comme un type de peinture en couches. Par conséquent, les nouvelles cellules solaires seront non seulement plus efficaces mais aussi moins chères que les cellules conventionnelles.

Les chercheurs néerlandais souhaitent désormais travailler avec des partenaires internationaux pour produire des cellules solaires complètes utilisant cette conception.