Des chercheurs de l’université de Wisconsin Madison ont cherché à créer des cellules solaires à base de nanotubes de carbone. L’avantage ? Un prix beaucoup moins élevé que les cellules solaires classiques en silicium, pour une efficacité similaire. La plupart des équipes de recherche travaillant sur les nanotubes de carbone trouvent des applications en électronique, pour leurs propriétés excellentes en conduction du courant, et en mécanique, pour leurs propriétés mécaniques hors du commun. Bien plus rares sont les équipes essayant de les utiliser pour des cellules solaires.
Le carbone est un choix stratégique pour les cellules solaires car il est abondant, peu cher, et les nanotubes de carbone ont d’excellentes propriétés de conduction électronique qui ne sont plus à prouver, et une très bonne absorption optique prometteuses pour les cellules solaires de l’équipe de Michael Arnold, professeur de science des matériaux à Wisconsin Madison. Parmi toutes les technologies actuelles de cellules solaires, la plupart sont en silicium, et ont des efficacités de conversion de l’énergie du soleil absorbée en énergie électrique comprises généralement entre 10 et 30%. C’est un bon ratio, mais le coût de fabrication des cellules solaires en silicium reste élevé, en particulier pour le silicium monocristallin. Cela est un frein important au développement de cette industrie, pourtant technologiquement viable. Avec les nanotubes, Michael Arnold espère atteindre une efficacité équivalente pour un prix beaucoup plus abordable.
Pour créer des cellules solaires avec des nanotubes de carbone, l’équipe de chercheurs a bien sûr d’abord fait pousser des nanotubes. Les nanotubes de carbone existent sous différentes formes, ils peuvent être métalliques ou semiconducteurs. L’équipe a donc voulu sélectionner les nanotubes semiconducteurs en les séparant des nanotubes métalliques, inutiles dans cette application. Ils ont aussi trié les nanotubes suivant leur diamètre. En effet le diamètre d’un nanotube semiconducteur détermine sa bande interdite, et donc la longueur d’onde qu’il absorbera le plus efficacement. Le but est d’absorber les longueurs d’onde plus courtes (c’est-à-dire la lumière visible et les ultraviolets), donc d’énergie plus élevée, de la lumière du soleil, et c’est pourquoi le choix du diamètre des nanotubes est important. Après avoir trié les nanotubes, l’équipe de chercheurs les a intégrés à un polymère qu’ils ont mis en solution afin que les nanotubes puissent être pulvérisés en spray pour former une couche fine sur une surface d’oxyde d’indium dopé à l’étain recouvrant les substrats en verre. Les chercheurs ont alors déposé un semiconducteur accepteur d’électron et une électrode négative sur les nanotubes pour terminer la cellule solaire. D’un point de vue pratique, la clé est de comprendre comment manipuler les nanotubes pour avoir le diamètre et les propriétés semiconductrices voulues, c’est-à-dire trouver un procédé efficace de tri des nanotubes. D’un point de vue plus théorique ces cellules solaires permettent d’essayer de comprendre comment la charge est générée dans les nanotubes exposés à la lumière, et comment différents matériaux accepteurs d’électrons affectent l’efficacité et la vitesse de séparation de charge.
Source :
– "Carbon nanotubes may cheaply harvest sunlight", 20 Octobre 2009 : https://www.nanowerk.com/news/newsid=13139.php
– Center for Advanced Material for Energy @Wisconsin Madison : https://homepages.cae.wisc.edu/~arnold/research.html
– Photovoltaïque : encyclopédie Encarta – https://fr.encarta.msn.com/encyclopedia_761560583/cellule_photovoltaique.html
Rédacteur :
Alban de Lassus, [email protected]
