Ceci est une photographie au microscope d'échantillons WSe2, connecté aux électrodes. Crédit :TU Vienne
De nombreuses recherches ont été menées récemment sur le graphène :flocons de carbone, constitué d'une seule couche d'atomes. Comme il s'avère, il existe aussi d'autres matériaux qui présentent des propriétés remarquables s'ils sont disposés en une seule couche. L'un d'eux est le diséléniure de tungstène, qui pourrait être utilisé pour le photovoltaïque.
Il ne devient pas plus mince que cela :le nouveau matériau graphène se compose d'une seule couche atomique d'atomes de carbone et présente des propriétés électroniques très spéciales. Comme il s'avère, il y a aussi d'autres matériaux, qui peuvent ouvrir de nouvelles possibilités technologiques intrigantes si elles sont disposées en une seule ou très peu de couches atomiques. Des chercheurs de l'Université de technologie de Vienne ont réussi pour la première fois à créer une diode en diséléniure de tungstène. Des expériences montrent que ce matériau peut être utilisé pour créer des cellules solaires flexibles ultrafines. Même des affichages flexibles pourraient devenir possibles.
Les couches minces sont différentes
Au moins depuis que le prix Nobel de physique a été décerné en 2010 pour la création de graphène, les "cristaux bidimensionnels" constitués d'atomes de carbone ont été considérés comme l'un des matériaux les plus prometteurs en électronique. En 2013, la recherche sur le graphène a été choisie par l'UE comme projet phare, avec un financement d'un milliard d'euros. Le graphène peut supporter des contraintes mécaniques extrêmes et il possède d'excellentes propriétés opto-électroniques. Avec le graphène comme détecteur de lumière, les signaux optiques peuvent être transformés en impulsions électriques sur des échelles de temps extrêmement courtes.
Pour une application très similaire, cependant, le graphène n'est pas bien adapté à la construction de cellules solaires. "Les états électroniques dans le graphène ne sont pas très pratiques pour créer du photovoltaïque", dit Thomas Mueller. Par conséquent, lui et son équipe ont commencé à chercher d'autres matériaux, lequel, de la même manière que le graphène, peut disposé en couches ultrafines, mais ont des propriétés électroniques encore meilleures.
Le matériau de choix était le diséléniure de tungstène :il se compose d'une couche d'atomes de tungstène, qui sont reliés par des atomes de sélénium au-dessus et au-dessous du plan du tungstène. Le matériau absorbe la lumière, un peu comme le graphène, mais en diséléniure de tungstène, cette lumière peut être utilisée pour créer de l'énergie électrique.
Les cellules solaires les plus minces du monde
La couche est si fine que 95 % de la lumière la traverse, mais un dixième des cinq pour cent restants, qui sont absorbés par le matériau, sont convertis en énergie électrique. Par conséquent, l'efficacité interne est assez élevée. Une plus grande partie de la lumière incidente peut être utilisée si plusieurs des couches ultrafines sont empilées les unes sur les autres - mais parfois la transparence élevée peut être un effet secondaire utile. « Nous envisageons des couches de cellules solaires sur des façades vitrées, qui laissent entrer une partie de la lumière dans le bâtiment tout en créant de l'électricité", dit Thomas Mueller.
Il s'agit du diséléniure de tungstène. Crédit :TU Vienne
Aujourd'hui, les cellules solaires standard sont principalement en silicium, ils sont plutôt volumineux et rigides. Les matériaux organiques sont également utilisés pour des applications opto-électroniques, mais ils vieillissent assez vite. "Un grand avantage des structures bidimensionnelles de couches atomiques simples est leur cristallinité. Les structures cristallines confèrent de la stabilité", dit Thomas Mueller.
Les résultats des expériences menées à l'Université de technologie de Vienne ont maintenant été publiés dans la revue Nature Nanotechnologie . Le domaine de recherche est extrêmement concurrentiel :dans le même numéro de la revue, deux autres articles sont publiés, dans lequel des résultats très similaires sont affichés. Des chercheurs du MIT (Cambridge, USA) et à l'Université de Washington (Seattle, USA) ont également découvert les grands avantages du diséléniure de tungstène. Il ne fait guère de doute que ce matériau jouera bientôt un rôle important dans la science des matériaux dans le monde entier, tout comme le graphène l'a fait au cours des deux dernières années.
