La technologie des cellules solaires a progressé rapidement, alors que des centaines de groupes à travers le monde poursuivent plus de deux douzaines d'approches utilisant différents matériaux, les technologies, et des approches pour améliorer l'efficacité et réduire les coûts. Aujourd'hui, une équipe du MIT a établi un nouveau record pour les cellules à points quantiques les plus efficaces, un type de cellule solaire considéré comme particulièrement prometteur en raison de son coût intrinsèquement faible, Polyvalence, et poids léger.

Bien que l'efficacité globale de cette cellule soit encore faible par rapport à d'autres types (environ 9 % de l'énergie solaire est convertie en électricité), le taux d'amélioration de cette technologie est l'un des plus rapides observés pour une technologie solaire. Le développement est décrit dans un article, publié dans la revue Matériaux naturels , par les professeurs du MIT Moungi Bawendi et Vladimir Bulović et les étudiants diplômés Chia-Hao Chuang et Patrick Brown.

Le nouveau procédé est une extension des travaux de Bawendi, le professeur Lester Wolfe de chimie, pour produire des points quantiques avec des caractéristiques contrôlables avec précision et sous forme de couches minces uniformes pouvant être appliquées à d'autres matériaux. Ces minuscules particules sont très efficaces pour transformer la lumière en électricité, et vice versa. Depuis les premiers progrès vers l'utilisation de points quantiques pour fabriquer des cellules solaires, Bawendi dit, "La communauté, dans les dernières années, a commencé à mieux comprendre le fonctionnement de ces cellules, et quelles sont les limites."

Le nouveau travail représente un grand pas en avant pour surmonter ces limitations, augmentant le flux de courant dans les cellules et augmentant ainsi leur efficacité globale dans la conversion de la lumière du soleil en électricité.

De nombreuses approches pour créer à faible coût, les cellules solaires flexibles et légères de grande surface souffrent de sérieuses limitations, telles que de courtes durées de vie lorsqu'elles sont exposées à l'air, ou le besoin de températures élevées et de chambres à vide pendant la production. Par contre, le nouveau procédé ne nécessite pas d'atmosphère inerte ni de températures élevées pour faire croître les couches actives du dispositif, et les cellules résultantes ne montrent aucune dégradation après plus de cinq mois de stockage à l'air.

Bulović, le professeur Fariborz Maseeh de technologies émergentes et doyen associé pour l'innovation à la School of Engineering du MIT, explique que de fines couches de points quantiques « leur permettent de faire ce qu'ils font en tant qu'individus - très bien absorber la lumière - mais aussi de travailler en groupe, aux frais de transport." Cela permet de collecter ces frais au bord du film, où ils peuvent être exploités pour fournir un courant électrique.

Les nouveaux travaux rassemblent les développements de plusieurs domaines pour pousser la technologie à une efficacité sans précédent pour un système basé sur des points quantiques :les quatre co-auteurs de l'article viennent des départements de physique du MIT, chimie, science et ingénierie des matériaux, et génie électrique et informatique. La cellule solaire produite par l'équipe a maintenant été ajoutée à la liste des laboratoires nationaux d'énergie renouvelable des efficacités record pour chaque type de technologie de cellule solaire.

L'efficacité globale de la cellule est toujours inférieure à celle de la plupart des autres types de cellules solaires. Mais Bulović fait remarquer, "Le silicium a eu six décennies pour en arriver là où il est aujourd'hui, et même le silicium n'a pas encore atteint la limite théorique. Vous ne pouvez pas espérer qu'une technologie entièrement nouvelle surpasse une technologie historique en seulement quatre ans de développement. » Et la nouvelle technologie présente des avantages importants, notamment un procédé de fabrication beaucoup moins énergivore que les autres types.

Chuang ajoute, "Chaque partie de la cellule, sauf les électrodes pour l'instant, peut être déposé à température ambiante, dans les airs, hors de solution. C'est vraiment du jamais vu."

Le système est si nouveau qu'il a également un potentiel en tant qu'outil de recherche fondamentale. "Il y a beaucoup à apprendre sur les raisons pour lesquelles il est si stable. Il y a beaucoup plus à faire, de l'utiliser comme banc d'essai pour la physique, pour voir pourquoi les résultats sont parfois meilleurs que prévu, " dit Bulović.

Un papier d'accompagnement, écrit par trois membres de la même équipe avec Jeffrey Grossman du MIT, le professeur agrégé Carl Richard Soderberg d'ingénierie énergétique, et trois autres, paraît ce mois-ci dans le journal ACS Nano , expliquant plus en détail la science derrière la stratégie employée pour atteindre cette percée en matière d'efficacité.

La nouvelle œuvre représente un revirement pour Bawendi, qui avait passé une grande partie de sa carrière à travailler avec des points quantiques. "J'étais un peu sceptique il y a quatre ans, " dit-il. Mais les recherches de son équipe depuis lors ont clairement démontré le potentiel des points quantiques dans les cellules solaires, il ajoute.

Arthur Nozik, un professeur de recherche en chimie à l'Université du Colorado qui n'était pas impliqué dans cette recherche, dit, « Ce résultat représente une avancée significative pour les applications des films à points quantiques et la technologie des basses températures, traité par solution, cellules photovoltaïques à points quantiques. … Il reste encore un long chemin à parcourir avant que les cellules solaires à points quantiques ne soient commercialement viables, mais ce dernier développement est une belle étape vers cet objectif ultime."

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.