(Phys.org) — La fonction de base des cellules solaires est de récolter la lumière du soleil et de la transformer en électricité. Ainsi, il est extrêmement important que le film qui recueille la lumière à la surface de la cellule soit conçu pour la meilleure absorption d'énergie. La quête pour développer des cellules solaires plus efficaces a entraîné une concurrence féroce entre les scientifiques pour trouver les matériaux les moins chers et les plus énergétiques.

Vers cet objectif, une équipe diversifiée de scientifiques de l'UCLA du California NanoSystems Institute améliore l'efficacité des nouveaux matériaux de film qui révolutionnent la technologie des cellules solaires. Des chercheurs dirigés par le professeur Yang Yang, le professeur d'ingénierie Carol et Lawrence E. Tannas Jr. à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UCLA Henry Samueli, ont récemment publié deux études dans lesquelles ils ont augmenté l'efficacité de conversion de puissance des matériaux kesterite et pérovskite pour fabriquer des cellules solaires hautement efficaces et peu coûteuses.

Kesterite

La késtérite est une substance inorganique (non dérivée de plantes ou d'animaux) qui est fabriquée à partir de matériaux abondants, comme le cuivre, zinc, l'étain et le soufre. L'équipe de l'UCLA a développé un moyen d'augmenter la conversion de la lumière du soleil en électricité en contrôlant la composition et la dispersion des nanocristaux de kesterite dans une encre utilisée pour créer le film utilisé dans les cellules solaires.

Dans un article publié en ligne le 8 août dans la revue ACS Nano , le groupe Yang a montré que leur capacité à contrôler et à améliorer la composition spatiale et la distribution des nanocristaux dans l'encre kesterite améliorait son efficacité de conversion de puissance à 8,6 pour cent avec une technique cohérente et reproductible.

"L'appareil utilise du cuivre, zinc et étain, et nous avons pu contrôler le rapport des éléments pour améliorer les nanocristaux, " dit Huanping Zhou, chercheur postdoctoral et premier auteur de l'étude. « Un problème dans le passé était trop de défauts dans le film en raison du problème de distribution des éléments. Nous synthétisons maintenant les nanocristaux de manière à contrôler avec précision les éléments spatiaux et la distribution dans le film. Cela nous permet de maximiser l'efficacité des cellules solaires. "

Yang a déclaré que l'équipe était en mesure d'effectuer un processus de solution complet avec le matériau. "Cela signifie que toutes les couches d'éléments de cellules solaires nécessaires - l'adsorbant, l'électrode, etc., sont des liquides qui peuvent être pulvérisés ou peints sur une surface pour en faire une cellule solaire, " dit-il. " Cela pourrait être le toit d'une voiture électrique, ou les murs extérieurs d'un bâtiment, fenêtres ou toit."

Yang a également souligné que la kesterite est très stable, et ce cuivre, le zinc et l'étain sont bon marché et largement disponibles.

pérovskite

La pérovskite est un matériau hybride organique et inorganique qui combine le carbone et le plomb. Depuis qu'il a été utilisé pour la première fois comme matériau de cellule solaire il y a cinq ans, les améliorations ont fait progresser son efficacité de conversion de puissance à près de 20 %, comme le montre une étude publiée dans la revue Science le 1er août.

« Nous avons développé une technique pour contrôler la formation de la pérovskite pour fabriquer une cellule solaire avec un peu moins de 20 % d'efficacité, " dit Qi Chen, chercheur post-doctoral et premier auteur de l'étude avec Zhou, "La pérovskite est un matériau très peu coûteux à produire et très fin, un millième de l'épaisseur d'une cellule solaire au silicium normale. Il peut être rendu flexible, accroché au mur, ou pourrait être utilisé pour construire une ferme solaire."

La pérovskite commence également comme une encre liquide, et les chercheurs de l'UCLA contrôlaient délicatement la dynamique du matériau au cours de sa croissance, qui se fait dans l'air à basse température. Cela rend la fabrication de dispositifs de pérovskite de grande surface avec des niveaux de performance élevés peu coûteuse. La technique améliorée peut être utilisée dans des dispositifs à base de pérovskite d'applications aussi différentes que les diodes électroluminescentes, transistors à effet de champ, et capteurs.

Chen a dit que parce qu'actuellement la pérovskite est instable dans l'air et se détériore avec le temps, les chercheurs travaillent sur la stabilité à long terme pour la rendre plus stable. Et parce que le plomb est un élément toxique, les matériaux pérovskites sans plomb respectueux de l'environnement seraient un sujet attrayant à l'avenir.

Yang a dit qu'avec la concurrence en low-cost, les cellules solaires à haute efficacité étant si chaudes, son équipe poursuit autant de voies que possible vers l'objectif d'avoir le plus efficace, cellules solaires les moins chères.