L'une des raisons pour lesquelles les cellules solaires ne sont pas utilisées plus largement est le coût - les matériaux utilisés pour les rendre plus efficaces sont chers. Les ingénieurs explorent des moyens d'imprimer des cellules solaires à partir d'encres, mais les appareils ne fonctionnent pas aussi bien.

Elie Thimsen, Doctorat, professeur assistant en énergie, génie environnemental et chimique à la School of Engineering &Applied Science de l'Université de Washington à St. Louis, et une équipe d'ingénieurs de l'Université du Minnesota ont développé une technique pour augmenter les performances et la conductivité électrique des films minces qui composent ces matériaux à l'aide de la nanotechnologie. Leur travail a été publié dans le 19 décembre 2014, problème de Communications naturelles.

Les conducteurs transparents sont des films minces, qui sont simplement des couches ultrafines de matériaux déposés sur une surface qui laissent passer la lumière et conduisent l'électricité, un processus dans lequel les électrons circulent à travers un système. Thimsen et son équipe ont découvert en modifiant la structure d'un film mince constitué de nanoparticules d'oxyde de zinc, les électrons ne traversaient plus le système de manière conventionnelle, mais sauté d'un endroit à l'autre par un processus appelé tunnellisation.

L'équipe a mesuré les propriétés électroniques d'un film mince constitué de nanoparticules d'oxyde de zinc avant et après avoir recouvert sa surface d'oxyde d'aluminium. Les nanoparticules d'oxyde de zinc et l'oxyde d'aluminium sont des isolants électroniques, donc seule une infime quantité d'électricité les traverse. Cependant, lorsque ces isolants ont été combinés, les chercheurs ont obtenu un résultat surprenant.

"Le nouveau composite est devenu hautement conducteur, " Thimsen a déclaré. "Le composite présente un comportement fondamentalement différent de celui des composés parents. Nous avons constaté qu'en contrôlant la structure du matériau, vous pouvez contrôler le mécanisme par lequel les électrons sont transportés."

Parce que la raison derrière cela n'est pas bien comprise, Thimsen et l'équipe prévoient de continuer à travailler pour comprendre la relation entre la structure du film de nanoparticules et le mécanisme de transport des électrons, il a dit.

"Si les électrons creusent un tunnel, ils ne se déplacent pas vraiment avec une vitesse classique et se déplacent d'un point à l'autre, " dit Thimsen. " Si les électrons passent d'un point à un autre, une hypothèse est qu'ils n'interagiront pas avec des champs magnétiques puissants. L'une de nos visions à long terme est de créer un matériau qui a une conductivité électrique élevée mais n'interagit pas avec les champs magnétiques."

En outre, le comportement du nouveau composite a également amélioré ses performances, ce qui pourrait finalement contribuer à réduire le coût des matériaux utilisés dans les cellules solaires et autres appareils électroniques.

"La performance est assez bonne, mais pas au niveau nécessaire pour être commercialement viable, mais c'est proche, " a déclaré Thimsen.