27/03/2013 - Nanomatériaux pour la conception de cellules solaires à faible coût

Menéame

Utilisation de Points quantiques dans la conception et le développement cellules photovoltaïques Ce n’est pas une nouvelle idée. Jusqu'à présent, ces nouveaux dispositifs n’ont pas réussi à fonctionner avec des niveaux d’efficacité élevés dans leur processus de conversion de la lumière solaire en énergie électrique.

Il est maintenant attendu que grâce à un nouveau design réalisé par des chercheurs de MIT (Massachusetts Institute of Technology), avec l’incrustation de ces points quantiques dans un faisceau de nanocables, cette technologie du saut définitif.

Le modèle de cellules photovoltaïques basé sur l’utilisation de minuscules points quantiques colloïdaux a plusieurs avantages potentiels, l’un des principaux étant qu’ils peuvent être fabriqués dans un procédé à température ambiante, en économisant l’énergie et en évitant les complications associées au traitement à haute température du silicium et d’autres matériaux photovoltaïques, et peuvent également être fabriqués à partir de matériaux abondants, bon marché qui n’ont pas besoin d’une purification étendue, comme nécessaire avec le silicium.

Ce système a également ses inconvénients, contradictoires entre eux mais caractéristiques des cellules solaires. D’un côté, la couche d’absorption d’une cellule solaire C’est forcément ça. assez mince comme pour permettre facilement le passage de l’énergie de la zone de rayonnement et d’abrasion solaire aux conducteurs qui transportent cette énergie à l’extérieur, et d’autre part doit être assez épaisse comme pour absorber efficacement la lumière.

Selon Joel Jean, auteur principal d’un article qui sera publié dans la revue Advanced Materials et étudiant en doctorat MIT del Département de l’ingénierie électrique et des sciences informatiques (EECS), l’amélioration des performances dans l’un de ces domaines entraîne une réduction de l’efficacité dans l’autre. Cela soulève une grande divergence, "si vous voulez avoir en même temps un film épais pour absorber la lumière, et vous voulez que je finisse pour obtenir charge."

Nanocables d’oxyde de Zinc

C’est là que l’ajout de nanocables d’oxyde de zinc peut jouer un rôle utile. Ces nanocables sont des conducteurs qui permettent d’extraire facilement ces charges, tout en fournissant la profondeur nécessaire à l’absorption de la lumière, dit Jean.

L’utilisation d’un processus de croissance en bas vers le haut pour créer ces nanocables et l’infiltration avec des points quantiques de sulfure de plomb, produit une augmentation de 50 pour cent du courant généré par la cellule solaire, et une augmentation de 35 pour cent de l’efficacité globaleJean dit. Grâce à ce processus, on produit un faisceau vertical de nanocables, qui sont transparentes à la lumière visible, intercalés avec les points quantiques.

"Si la luminosité lumineuse dans le nanocable se produit dans sa direction longuitudine, on obtient l’avantage de profondeur," et on obtient également séparer l’absorption de la lumière et l’extraction de la charge.

Un avantage de ce système photovoltaïque est que vous pouvez absorber la lumière dans une gamme beaucoup plus large de longueurs d’onde que les dispositifs conventionnels, cela permettra de développer de nouveaux dispositifs photovoltaïques à faible coût.

Images de microscope électroniqueprésentant un ensemble de nanocables d’oxyde de zinc- (partie supérieure) et une section transversale d’une cellule photovoltaïques à partir des fils nano, intercalés avec les points quantiques faits de sulfure de plomb (zones sombres). Une couche d’or dans la (bande de lumière) supérieure et une couche d’indio-étain-oxyde dans la partie inférieure (zone la plus claire) forment les deux électrodes de la cellule solaire.

Images avec courtoisie deJean, et al / Advanced Materials (MIT)

Premiers essais

Mark Thompson, professeur de chimie à l’Université du Sud de Californie, qui n’a pas participé à cette recherche, dit: "L’équipe du MIT a fait un progrès réel." Bien que d’autres groupes aient essayé une approche similaire, dit-il, l’équipe du MIT a été en mesure d’obtenir un meilleur contrôle des dimensions des nanocables et de leur densité." Le Thompson estime que, à mesure qu’il s’améliorera encore dans sa conception, il verra des améliorations notables dans son efficacité.

À l’heure actuelle, les dispositifs d’essai qui ont été mis au point ont atteint des rendements de près de 5 pour cent, qui sont les plus élevés obtenus à ce jour pour les systèmes PV de points quantiques basés sur l’oxyde de zinc, dit-il. Avec un développement plus efficace de ce modèle, il est possible d’améliorer son efficacité au-delà de 10%, seuil minimum d’efficacité pour une cellule solaire soit rentable commercialement.

Dans ce processus de recherche, il sera nécessaire d’analyser l’utilisation de nanocables plus longs et de définir la séparation optimale entre les nanocables afin d’améliorer l’infiltration de points quantiques entre eux.

 

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Références.

Joel Jean, auteur principal est étudiant en doctorat en MIT del Département de l’ingénierie électrique et des sciences informatiques (EECS). Le document est co-écrit par le professeur de chimie Moungi Bawendi, le professeur Silvija Gradečak, EECS professeur Vladimir Bulovic, et trois étudiants de troisième cycle et postdoctorat

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