L'augmentation de la population mondiale entraînera une augmentation de la consommation d'énergie, et les formes durables de sources d'énergie telles que les combustibles solaires et l'électricité solaire seront encore plus demandées. Et comme ces formes de pouvoir prolifèrent, l'accent sera mis sur l'amélioration de l'efficacité.

Les photoélectrodes et les panneaux photovoltaïques tels que les panneaux solaires comportent souvent des films minces de silicium ou d'un autre matériau semi-conducteur nanostructuré, et ces structures comprennent des nanoparticules à travers lesquelles doit passer le courant généré par la lumière solaire. Bien que la composition en nanoparticules offre de nombreux avantages, y compris de grands rapports surface-volume, il a un inconvénient important.

Le courant électrique passant d'une particule à une autre subit une perte de puissance; si le courant passe à travers suffisamment de ces interfaces particule-particule, la perte totale pourrait rendre l'appareil inutilisable. Mais jusqu'à présent, personne n'a été en mesure de déterminer la quantité d'énergie perdue lorsque le courant passe d'une nanoparticule à une autre.

Un groupe dirigé par Peng Chen, le Peter J.W. Professeur Debye au Département de chimie et de biologie chimique de Cornell, a déterminé que le photocourant perd environ 20 % de sa puissance lorsqu'il traverse l'interface. Ainsi, le groupe a déclaré, le courant qui traverse 11 de ces interfaces serait réduit à seulement 10 pour cent de sa puissance d'origine.

"Nous pensons que cela fournira une référence pour les personnes utilisant des nanomatériaux pour concevoir ces types d'appareils, " dit Chen, auteur principal de "Quantifying Photocurrent Loss of a Single Particle-Particle Interface in Nanostructured Photoelectrodes."

Le rapport a été publié le 7 janvier dans Lettres nano , une publication de l'American Chemical Society. D'autres auteurs comprenaient d'anciens associés postdoctoraux Mahdi Hesari et Justin Sambur, actuel postdoc Xianwen Mao et Won Jung, doctorat '18, tous du groupe Chen.

Pour effectuer ce calcul expérimental, Peng et son groupe ont utilisé une cellule microfluidique, avec trois électrodes dans une solution aqueuse d'électrolyte. L'une des électrodes était constituée de bandes d'oxyde d'indium et d'étain (ITO); sur ou à proximité ont été placées des nanotiges d'oxyde de titane, dont le groupe avait déjà examiné les propriétés photoélectrochimiques.

Le groupe a expérimenté plusieurs configurations de particules différentes, et focalisé un faisceau laser sur un point juste après (spots de type A) ou juste avant (spots de type B) l'interface où deux nanotiges se touchaient. Le laser frappant les spots de type B a envoyé la charge photoélectrique à travers l'interface particule-particule.

Prendre des dizaines de mesures des deux types de comportements photoélectrochimiques, le groupe a observé des pertes de puissance d'environ 20 pour cent en moyenne.

Bien que Chen et son groupe aient maintenant proposé un chiffre solide pour calculer la perte de puissance dans les nanomatériaux, ils ne savent toujours pas pourquoi cela se produit. Ils ont exclu les facteurs qui dépendent de la force du courant.

« Nous ne comprenons toujours pas le mécanisme moléculaire sous-jacent qui conduit à cette perte de 20 %, " a-t-il dit. " C'est quelque chose que nous prévoyons de poursuivre à l'avenir, et il nous faudra essentiellement manipuler activement l'interface, manipuler la nature chimique de l'interface, et refaire nos mesures."