(Phys.org) — Les cellules solaires à base de plastiques composites semi-conducteurs et de nanotubes de carbone sont l'une des nouvelles technologies les plus prometteuses pour la production de cellules solaires imprimées bon marché. Des physiciens de l'Université d'Umeå ont découvert que l'on peut réduire de plus de 100 fois le nombre de nanotubes de carbone dans l'appareil tout en conservant une capacité exceptionnelle de transport de charges. Ceci est réalisé grâce à une nano-ingénierie intelligente de la couche active à l'intérieur de l'appareil. Leurs résultats sont publiés en première page dans le journal Nanoéchelle .

Les nanotubes de carbone sont de plus en plus attractifs pour une utilisation dans les cellules solaires en remplacement du silicium. Ils peuvent être mélangés dans un polymère semi-conducteur, et déposés à partir de la solution par des méthodes simples et peu coûteuses pour former des cellules solaires minces et flexibles. Le matériau hybride est facile à étaler sur une grande surface et les nanotubes ont une conductivité électrique exceptionnelle, et ils peuvent séparer et transporter efficacement les charges électriques générées par l'énergie solaire.

Plus tôt cette année, Le Dr David Barbero et son équipe de recherche à l'Université d'Umeå, démontré pour la première fois que si les nanotubes de carbone sont connectés les uns aux autres de manière contrôlée pour former des réseaux nanométriques complexes, on peut obtenir un transport de charge et une électricité nettement plus élevés qu'auparavant avec les mêmes matériaux. Cela signifie que le transport des charges électriques s'effectue avec une très faible perte d'énergie.

Des études antérieures ont signalé qu'il existe un seuil de percolation pour la quantité de nanotubes de carbone nécessaire pour transporter efficacement les charges électriques dans un appareil. En dessous de ce seuil, l'appareil devient complètement inefficace et aucun courant ne peut être généré.

Dans cette nouvelle étude, Le Dr Barbero et son équipe de l'Université d'Umeå montrent que ce seuil peut être réduit de plus de 100 fois dans un polymère semi-conducteur tout en générant des courants élevés et un transport de charge à de très faibles charges de nanotubes, réduisant ainsi fortement les coûts des matériaux.

"Nos résultats sont importants d'un point de vue fondamental, mais aussi d'importance pratique. Les nanotubes semi-conducteurs purifiés, qui sont nécessaires pour les appareils performants, sont encore assez chers et longs à produire. Maintenant, dispositifs nano-carbone, telles que les cellules solaires à base de nanotubes de carbone, peut être produit avec un nombre beaucoup plus réduit de nanotubes de carbone et donc des coûts de matière très réduits, ", dit David Barbero.

Les nouveaux résultats devraient accélérer le développement de la prochaine génération de cellules solaires à base de nano-carbone à couche mince traitées en solution, qui sont à la fois plus efficaces pour produire de l'électricité et moins coûteuses à produire par rapport aux cellules solaires d'aujourd'hui.