(a) Un schéma de la structure hiérarchique d'un arbre dans lequel chaque structure est décomposée au niveau des fibrilles élémentaires. (b) Le papier ordinaire avec des microfibres a une structure microporeuse qui provoque la diffusion de la lumière. (c) Le nouveau papier est composé de fibres de bois oxydées TEMPO pour éliminer les micropores et améliorer la transparence optique. Crédit :Fang, et al. ©2014 Société chimique américaine
(Phys.org) — Un nouveau type de papier fait de fibres de bois mais transparent à 96 % pourrait être un matériau révolutionnaire pour les cellules solaires de nouvelle génération. Issu des plantes, le papier est bon marché et plus respectueux de l'environnement que les substrats en plastique souvent utilisés dans les cellules solaires. Cependant, son avantage le plus important est qu'il surmonte le compromis entre la transparence optique et le voile optique qui pèse sur la plupart des matériaux.
Une équipe de chercheurs de l'Université du Maryland, l'Université de technologie de Chine du Sud, et l'Université du Nebraska-Lincoln, ont publié un article sur le nouveau matériel dans un récent numéro de Lettres nano .
Comme l'expliquent les chercheurs, Les performances des cellules solaires sont avantageuses lorsque les matériaux possèdent à la fois une transparence optique élevée (pour permettre une bonne transmission de la lumière) et un voile optique élevé (pour augmenter la diffusion et donc l'absorption de la lumière transmise dans le matériau). Mais si loin, les matériaux avec des valeurs de transparence élevées (de l'ordre de 90 %) ont des valeurs de trouble optique très faibles (inférieures à 20 %).
Le nouveau papier à base de bois a une transparence ultra-élevée de 96% et un voile optique ultra-élevé de 60%, qui est la valeur de trouble optique la plus élevée rapportée parmi les substrats transparents.
La principale raison de cette bonne performance dans les deux domaines est que le papier a une structure nanoporeuse plutôt que microporeuse. Le papier ordinaire est composé de fibres de bois et présente une faible transparence optique en raison des microcavités présentes dans la structure poreuse qui provoquent la diffusion de la lumière. Dans le nouveau journal, ces micropores sont éliminés afin d'améliorer la transparence optique. Pour faire ça, les chercheurs ont utilisé un traitement appelé TEMPO pour affaiblir les liaisons hydrogène entre les microfibres qui composent les fibres de bois, ce qui fait gonfler et effondrer les fibres de bois en une structure serrée contenant des nanopores plutôt que des micropores.
Haze de transmission optique en fonction de la transmittance pour différents substrats à 550 nm. Le verre et le PET sont dans la zone verte, qui conviennent aux écrans en raison de leur faible voile et de leur haute transparence ; le papier transparent développé dans ce travail se situe dans la zone cyan, qui est le plus approprié pour les cellules solaires. Crédit :Fang, et al. ©2014 Société chimique américaine
"Les papiers sont faits de matériaux en forme de ruban qui peuvent s'empiler bien sans cavités microscopiques pour une transmittance élevée, mais avec des nanopores pour un voile optique élevé, " co-auteur Liangbing Hu, Professeur assistant au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université du Maryland, Raconté Phys.org .
Pour tester le papier pour les applications de cellules solaires, les chercheurs ont appliqué le papier de fibre de bois sur la surface d'une plaque de silicium. Des expériences ont montré que le dispositif de collecte de lumière peut collecter la lumière avec une augmentation de 10 % de son efficacité. En raison de la simplicité de ce processus de laminage, les cellules solaires déjà installées et utilisées pourraient également bénéficier de la couche de papier supplémentaire.
Bien qu'il existe d'autres papiers à base de nanofibres, cet article démontre une transmittance optique beaucoup plus élevée tout en utilisant beaucoup moins d'énergie et de temps pour le traitement. Avec ces avantages, le très transparent, le papier à fort voile pourrait offrir un moyen peu coûteux d'améliorer l'efficacité des panneaux solaires, toits solaires, et fenêtres solaires.
"Nous aimerions travailler avec des sociétés de cellules solaires et d'affichage pour évaluer les applications, " Hu a dit. " Nous sommes également intéressés par la fabrication d'un tel papier. "
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