Les cellules solaires fonctionnent en absorbant d'abord la lumière, puis le convertir en électricité. Les cellules les plus efficaces doivent effectuer cette absorption dans une région très étroite du matériau de la cellule solaire. Plus cette région est étroite, meilleure est l'efficacité de la cellule. La capacité d'absorber fortement la lumière par ces structures pourrait ouvrir la voie à des efficacités cellulaires plus élevées. Crédit :Université de Surrey
Une nouvelle recherche publiée aujourd'hui dans Avancées scientifiques a montré comment le graphène peut être manipulé pour créer le matériau le plus absorbant la lumière pour son poids, à ce jour. Ce matériau nanométrique permettra de futures applications telles que le « papier peint intelligent » qui pourrait générer de l'électricité à partir de déchets de lumière ou de chaleur, et alimenter une multitude d'applications au sein de l'Internet des objets en pleine croissance.
En utilisant une technique connue sous le nom de nanotexturation, qui consiste à faire pousser du graphène autour d'une surface métallique texturée, Des chercheurs de l'Advanced Technology Institute de l'Université de Surrey se sont inspirés de la nature pour créer des feuilles de graphène ultrafines conçues pour capturer plus efficacement la lumière. Juste un atome d'épaisseur, le graphène est très fort mais traditionnellement inefficace pour l'absorption de la lumière. Pour lutter contre cela, l'équipe a utilisé le nano-motif pour localiser la lumière dans les espaces étroits entre la surface texturée, augmentant la quantité de lumière absorbée par le matériau d'environ 90 %.
"La nature a développé des adaptations simples mais puissantes, dont nous nous sommes inspirés pour répondre aux défis des technologies du futur, " a expliqué le professeur Ravi Silva, Directeur de l'Institut de technologie avancée.
"Les yeux des papillons ont des motifs microscopiques qui leur permettent de voir dans les conditions les plus sombres. Ils fonctionnent en canalisant la lumière vers le milieu de l'œil, avec l'avantage supplémentaire d'éliminer les reflets, qui autrement alerteraient les prédateurs de leur emplacement. Nous avons utilisé la même technique pour faire une étonnamment mince, efficace, matériau absorbant la lumière en modelant le graphène d'une manière similaire."
Le graphène est déjà connu pour sa conductivité électrique et sa résistance mécanique remarquables. L'équipe du professeur Ravi a compris que pour que le potentiel du graphène soit réalisé en tant que matériau pour de futures applications, il doit également exploiter efficacement la lumière et la chaleur.
Le professeur Silva a commenté :« Les cellules solaires recouvertes de ce matériau seraient capables de récolter une lumière très faible. Installées à l'intérieur, dans le cadre des futurs « papier peint intelligent » ou « fenêtres intelligentes », ce matériau pourrait générer de l'électricité à partir de déchets de lumière ou de chaleur, alimentant un large éventail d'applications intelligentes. De nouveaux types de capteurs et de récupérateurs d'énergie connectés via l'Internet des objets bénéficieraient également de ce type de revêtement."
Le Dr José Anguita de l'Université de Surrey et auteur principal de l'article a commenté :« En raison de sa minceur, Le graphène n'est capable d'absorber qu'un faible pourcentage de la lumière qui lui tombe dessus. Pour cette raison, il n'est pas adapté aux types de technologies optoélectroniques que notre avenir « intelligent » exigera. »
"La nanotexturation du graphène a pour effet de canaliser la lumière dans les espaces étroits entre les nanostructures, augmentant ainsi la quantité de lumière absorbée par le matériau. Il est désormais possible d'observer une forte absorption lumineuse à partir de films même nanométriques. Typiquement, une feuille de graphène aurait une absorption lumineuse de 2 à 3 %. En utilisant cette méthode, notre revêtement ultrafin de graphène nanotexturé à quelques couches absorbe 95% de la lumière incidente sur un large spectre, de l'UV à l'infrarouge."
Le professeur Ravi Silva a déclaré :« La prochaine étape consiste à incorporer ce matériau dans une variété de technologies existantes et émergentes. Nous sommes très enthousiastes à l'idée de pouvoir exploiter ce matériau dans des dispositifs optiques existants pour améliorer les performances tout en regardant vers de nouvelles applications. Grâce au Graphene Centre financé par l'EPSRC de Surrey, nous recherchons des partenaires industriels pour exploiter cette technologie et sommes impatients d'entendre des entreprises innovantes avec lesquelles nous pouvons explorer les futures applications de cette technologie avec nous. »
L'équipe de Surrey a développé cette technologie en coopération avec BAE Systems pour l'imagerie infrarouge dans les dispositifs opto-MEMs.
