Les cellules solaires courantes en silicium cristallin ne peuvent accéder qu'à environ la moitié du spectre solaire total pour la conversion de l'énergie lumineuse en électricité. Recherche de matériaux plus efficaces, Des scientifiques chinois ont maintenant combiné trois cristaux de sulfure semi-conducteurs à un système photovoltaïque ternaire nanostructuré qui absorbe l'irradiation des régions ultraviolette à proche infrarouge. Comme ils le rapportent dans le journal Angewandte Chemie , les nanotiges convertissent efficacement l'énergie lumineuse à spectre complet en courant électrique. Cette découverte marque un nouveau niveau dans le développement de cellules solaires plus efficaces.

Le matériau photovoltaïque le plus couramment utilisé aujourd'hui est le silicium cristallin, mais il n'absorbe efficacement la lumière du soleil que dans la région visible. D'autres matériaux semi-conducteurs couvrent des régions légèrement différentes du spectre solaire, mais les matériaux photovoltaïques les plus efficaces seraient clairement ceux qui incluent toutes les régions de l'ultraviolet à l'infrarouge. Shu-Hong Yu et Jun Jiang et leurs collaborateurs de l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei ont maintenant introduit un système nanostructuré composé de trois cristaux de sulfure. Le matériau hybride ternaire du zinc, cadmium, et les sulfures de cuivre absorbent efficacement les ultraviolets, visible, et proche infrarouge, et la structure segmentée nœud-gaine des minuscules tiges fournit l'alignement idéal de la bande d'énergie pour une accumulation efficace de porteurs de charge.

La base de ce système de photocollecte est constituée de tiges nanométriques de sulfure de zinc sur lesquelles des gaines cristallines de sulfure de cadmium sont déposées comme un arrangement de perles. La base de sulfure de zinc assure l'absorption UV, tandis que le sulfure de cadmium couvre la région de la lumière visible. En tant que troisième composant pour l'absorption IR, les scientifiques ont choisi des nanocristaux de sulfure de cuivre avec des carences en cuivre, car ce matériau est connu pour présenter un type spécial d'absorption dans le proche infrarouge appelé résonance plasmonique de surface. "Ces hétéronanorodes absorbent presque tout le spectre de l'énergie solaire, " rapportent les scientifiques.

Pour tester la fonctionnalité des nanotiges, les scientifiques ont mesuré leurs performances dans une cellule photoélectrochimique à séparation d'eau. Lors d'un éclairage à spectre complet, la réponse photocourante était prononcée, ce qui était une première preuve expérimentale de la conception réussie de leur matériel photovoltaïque. L'une des réalisations cruciales de ce travail, cependant, était l'ajustement correct des hétérojonctions sensibles qui relient les différentes structures semi-conductrices pour aligner les écarts énergétiques des matériaux semi-conducteurs. "Un tel alignement décalé permet la séparation des électrons et des trous photogénérés dans la nanostructure hybride ternaire, " disent les auteurs. Bien que d'autres expériences doivent être effectuées, ce système semi-conducteur ternaire peut être considéré comme une étape importante vers une nouvelle génération de cellules solaires efficaces couvrant les couleurs de l'arc-en-ciel et au-delà.