Points quantiques, représenté ici, qui sont de la bonne taille capteront plus de lumière du soleil, le rendre disponible pour les cellules solaires. Crédit :Laszlo Frazer
Des scientifiques australiens ont développé un processus pour calculer la taille et la densité parfaites des points quantiques nécessaires pour atteindre une efficacité record dans les panneaux solaires.
Points quantiques, nanocristaux artificiels 100, 000 fois plus mince qu'une feuille de papier, peut être utilisé comme photosensibilisateur, absorbant la lumière infrarouge et visible et la transférant à d'autres molécules.
Cela pourrait permettre à de nouveaux types de panneaux solaires de capter une plus grande partie du spectre lumineux et de générer plus de courant électrique, par un processus de « fusion lumineuse » connu sous le nom de conversion ascendante photochimique.
Les chercheurs, du Centre d'excellence ARC en science de l'exciton, utilisé des points quantiques de sulfure de plomb dans leur exemple. L'algorithme est libre d'accès et leurs résultats ont été publiés dans la revue Nanoéchelle .
Significativement, les résultats de conversion ascendante existants obtenus par des dispositifs de test ont utilisé des sensibilisateurs organiques qui ne fonctionnent pas avec les cellules solaires au silicium - actuellement le type de technologie photovoltaïque le plus couramment disponible - en raison de leur incapacité à absorber une grande partie de la partie infrarouge du spectre lumineux.
L'utilisation de la bonne taille et de la bonne densité de points quantiques de sulfure de plomb en tant que sensibilisateurs entraînerait non seulement des augmentations d'efficacité, mais serait également compatible avec presque toutes les technologies de cellules solaires existantes et prévues.
Ces résultats indiquent qu'en ce qui concerne la taille des points quantiques, ce n'est pas aussi simple que plus grand signifie mieux.
En utilisant une théorie de base, un point quantique plus grand peut sembler capable de capturer plus de couleurs de la lumière du soleil, ou plus de lumière d'une certaine longueur d'onde, et être en mesure d'aider à créer un appareil avec une plus grande efficacité.
Les chercheurs, bien que, ont pris en compte plusieurs contraintes pratiques sur la taille des points quantiques.
Pour élargir la gamme de couleurs que les cellules solaires au silicium peuvent utiliser, les chercheurs combinent deux morceaux de lumière ensemble. Crédit :Reproduit de Sherrie et al. Nanoéchelle , 2020, Article avancé avec la permission de la Royal Society of Chemistry.
Plus important encore, la partie proche infrarouge de la lumière solaire à la surface de la Terre a une structure compliquée, influencé par l'eau dans l'atmosphère et la chaleur du soleil.
Cela signifie que la couleur du point quantique doit être réglée pour correspondre aux pics de la lumière du soleil, comme régler un instrument de musique à une certaine hauteur.
Selon l'auteur correspondant, le Dr Laszlo Frazer, le travail démontre qu'une image complète des conditions influençant la performance des cellules solaires, de l'étoile au centre de notre système solaire aux particules nanométriques, est nécessaire pour atteindre une efficacité maximale.
"Tout cela nécessite une compréhension du soleil, l'atmosphère, la cellule solaire et la boîte quantique, " il a dit.
Bien que les augmentations d'efficacité projetées démontrées par ces résultats restent modestes, les bénéfices potentiels sont considérables, car ils peuvent être utilisés dans presque tous les appareils solaires, y compris ceux fabriqués à partir de silicium.
La prochaine étape pour les chercheurs consiste à concevoir et à créer des émetteurs qui transféreront le plus efficacement possible l'énergie des sensibilisateurs à points quantiques optimisés.
"Ce travail nous en dit long sur la captation de la lumière, " a déclaré Laszlo.
"Le publier à nouveau est quelque chose qui a besoin de beaucoup d'améliorations. Il y a certainement un besoin de contributions multidisciplinaires ici."
L'auteur Benedicta Sherrie de l'Université Monash a déclaré :« Il reste encore du travail à faire pour construire les prototypes de cellules solaires avec ces sensibilisateurs (et, espérons-le, avec les émetteurs appropriés), et de les tester.
"J'espère que cette recherche permettra à terme à la société de s'appuyer davantage sur l'énergie solaire photovoltaïque qui n'est pas seulement efficace, mais aussi abordable."
