Sagrario Domínguez-Fernández, un ingénieur en télécommunications, a réussi à augmenter l'absorption de la lumière dans le silicium grâce à des nanostructures gravées sur des cellules photovoltaïques. Cela augmente le rendement obtenu dans ces appareils électroniques qui sont constitués de cet élément et qui transforment l'énergie solaire en électricité.

"Plus de 30% de la lumière du soleil qui frappe une surface de silicium est réfléchie, ce qui signifie qu'il ne peut pas être utilisé dans la conversion photoélectrique, " a expliqué Sagrario Domínguez. " Parce que les nanostructures à la surface d'un matériau ont des dimensions dans la gamme des longueurs d'onde de la lumière, ils interfèrent avec la surface d'une manière particulière et permettent de modifier la quantité de lumière réfléchie."

Sagrario Domínguez a conçu et optimisé des structures à l'échelle nanométrique "pour essayer d'en trouver une qui minimiserait la réflectance [capacité d'une surface à réfléchir la lumière] du silicium dans la gamme de longueurs d'onde dans laquelle fonctionnent les cellules solaires". Dans leur processus de fabrication, elle a eu recours à ce qu'on appelle la lithographie par interférence laser qui consiste à appliquer un rayonnement laser sur un matériau photosensible pour créer des structures à l'échelle nanométrique. Spécifiquement, elle a utilisé des plaquettes de silicium polies auxquelles elle a donné la forme de pilier cylindrique et a obtenu une réduction de 77 pour cent de la réflectance de cet élément.

Sagrario Domínguez a ensuite modifié les procédés de fabrication pour produire les nanostructures sur les substrats de silicium utilisés dans les cellules solaires commerciales. « Ces substrats ont des dimensions et une rugosité de surface qui les rendent, 'a priori', inadapté aux procédés de lithographie par interférence laser, " a souligné le chercheur.

Ayant surmonté les difficultés, elle a incorporé des nanostructures sur des cellules solaires en suivant les processus standards de l'industrie photovoltaïque. « D'après la littérature, c'est la première fois qu'il est possible de fabriquer des nanostructures périodiques; ce sont ceux qui à la surface d'un matériau se répètent en continu sur des substrats de ce type, et donc, la première cellule solaire standard à nanostructures périodiques, » précise le nouveau docteur. Le rendement obtenu est de 15,56%, ce qui est une valeur très prometteuse par rapport à d'autres inclus dans la littérature."

Recherche au MIT

Elle a ensuite orienté ses travaux vers la fabrication de nanostructures pour des applications sur une bande passante plus élevée, tels que les capteurs. Elle a réussi à créer des nanocônes d'une grande hauteur par rapport au diamètre de la base. "Ces structures sont présentées dans la littérature comme la meilleure solution antireflet sur le haut débit. Le procédé de fabrication de ces structures est compliqué et a pu être réalisé grâce aux connaissances acquises dans la première partie de la thèse, " a expliqué Domínguez. Elle a fait cette partie du travail au Massachusetts Institute of Technology (MIT), l'université américaine où elle a effectué un stage de neuf mois.

Ces structures de nanocônes « réduisent la réflectance de 30 % du silicium à des valeurs inférieures à entre 4 % et 0,2 % selon la plage de longueurs d'onde. Il s'agit de la valeur de réflectance la plus faible trouvée dans la littérature pour les nanostructures périodiques, " a conclu Domínguez.