L'illustration montre le revêtement du nanorésonateur, composé de milliers de minuscules billes de verre, déposés sur des cellules solaires. Le revêtement améliore à la fois l'absorption de la lumière solaire et la quantité de courant produite par les cellules solaires. Crédit :K. Dill, D. Ha, G. Hollande/NIST
Lumière piégée avec une version optique d'une galerie chuchotante, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont développé un revêtement à l'échelle nanométrique pour les cellules solaires qui leur permet d'absorber environ 20 pour cent de plus de lumière solaire que les appareils sans revêtement. Le revêtement, appliqué avec une technique qui pourrait être incorporée dans la fabrication, ouvre une nouvelle voie pour développer le low-cost, cellules solaires à haute efficacité avec une abondante, matériaux renouvelables et respectueux de l'environnement.
Le revêtement se compose de milliers de minuscules billes de verre, seulement environ un centième de la largeur d'un cheveu humain. Lorsque la lumière du soleil frappe le revêtement, les ondes lumineuses sont dirigées autour de la bille nanométrique, semblable à la façon dont les ondes sonores se déplacent autour d'un mur incurvé comme le dôme de la cathédrale Saint-Paul de Londres. À de telles structures courbes, connu sous le nom de galeries de chuchotement acoustique, une personne debout près d'une partie du mur entend facilement un faible son provenant de toute autre partie du mur.
Des galeries chuchotantes pour la lumière ont été développées il y a environ une décennie, mais les chercheurs n'ont exploré que récemment leur utilisation dans les revêtements de cellules solaires. Dans le dispositif expérimental conçu par une équipe comprenant Dongheon Ha du NIST et le NanoCenter de l'Université du Maryland, la lumière capturée par le revêtement du nanorésonateur finit par s'échapper et est absorbée par une cellule solaire sous-jacente en arséniure de gallium.
En utilisant un laser comme source lumineuse pour exciter des nanorésonateurs individuels dans le revêtement, l'équipe a découvert que les cellules solaires revêtues ont absorbé, en moyenne, 20% de lumière visible en plus que les cellules nues. Les mesures ont également révélé que les cellules revêtues produisaient environ 20 % de courant en plus.
Représentation d'artiste de billes de verre de diamètres légèrement différents (indiqués par des couleurs différentes) dans le revêtement du nanorésonateur. Chaque perle agit comme une galerie de chuchotement optique, ou résonateur, pour une longueur d'onde légèrement différente de la lumière du soleil. Crédit :K. Dill, D. Ha/NIST
L'étude est la première à démontrer l'efficacité des revêtements à l'aide de mesures de précision à l'échelle nanométrique, dit Ha. "Bien que les calculs aient suggéré que les revêtements amélioreraient les cellules solaires, nous n'avons pas pu prouver que c'était le cas avant d'avoir développé les technologies de mesure à l'échelle nanométrique qui étaient nécessaires, " il a noté.
Ce travail a été décrit dans un récent numéro de Nanotechnologie par Ha, collaborateur Yohan Yoon du NIST et du NanoCenter du Maryland, et le physicien du NIST Nikolai Zhitenev.
L'équipe a également conçu un méthode moins coûteuse d'application du revêtement de nanorésonateur. Les chercheurs avaient auparavant revêtu un matériau semi-conducteur en le trempant dans une cuve de la solution de nanorésonateur. La méthode de trempage prend du temps et recouvre les deux côtés du semi-conducteur même si un seul côté nécessite le traitement.
Dans la méthode de l'équipe, des gouttelettes de la solution de nanorésonateur sont placées sur un seul côté de la cellule solaire. Une tige métallique enroulée est ensuite tirée à travers la cellule, l'étalement de la solution et la formation d'un revêtement constitué de nanorésonateurs étroitement entassés. C'est la première fois que des chercheurs appliquent la méthode des bâtonnets, utilisé depuis plus d'un siècle pour enduire la matière en usine, à une cellule solaire à l'arséniure de gallium.
"C'est un procédé peu coûteux et compatible avec la production de masse, " dit Ha.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.
