Cellules solaires : la voie prometteuse des cristaux de lumière
Des ingénieurs de l’Université de Toronto ont examiné les premières perovskites monocristallins appliqués à de nouvelles applications, mettant en lumière une nouvelle famille émergente de matériaux solaires absorbants qui pourrait ouvrir la voie à des panneaux solaires et à des LEDs moins chers et plus efficaces.
Les matériaux, appelés pérovskites, sont particulièrement efficaces pour absorber la lumière visible, mais n’avaient jamais étéétudiés aussi profondément dans leur forme la plus pure : des monocristaux parfaits.
En utilisant une nouvelle technique, les chercheurs ont fait grandir des cristaux de perovskite purs. Ils ont ensuite analysé comment les électrons se déplaçaient à travers le matériau afin que la lumière puisse être convertie en électricité.
L’équipe a utilisé une combinaison de techniques pour mesurer les propriétés des cristaux de perovskite. Pour traquer le mouvement rapide des électrons dans le matériau, ils ont été en mesure de déterminer la longueur de diffusion – dans quelle mesure les électrons peuvent se déplacer sans se faire piéger par les imperfections du matériau – ainsi que la mobilité – à quelle vitesse les électrons peuvent se déplacer à travers la matière. Leurs travaux ont été publiés dans la revue “Science”.
“Notre travail consiste à identifier le seuil de potentiel pour la récupération ultime d’énergie solaire des pérovskites“, a précisé Riccardo Comin du Groupe Sargent. “Avec ces matériaux, ce fut la course pour essayer d’obtenir des records d’efficacité, et nos résultats indiquent que des progrès doivent se poursuivre en ce sens, sans discontinuer …“
Au cours des dernières années, l’efficacité des perovskites a progressé pour atteindre un peu plus de 20%, commençant à approcher la performance actuelle des panneaux solaires à base de silicium installés dans les lieux désertiques et sur les toits.
[ Valerio Adinolfi et Riccardo Comin ]
“En termes d’efficacité, les pérovskites approchent de près les matériaux conventionnels qui sont déjà commercialisés“, a expliqué Valerio Adinolfi, co-auteur de l’étude. “Ils ont le potentiel d’offrir de nouvelles perspectives sur la réduction du coût de l’électricité solaire par la simplicité de fabrication à l’aide d’un précurseur chimique liquide.”
L’étude a des implications évidentes pour l’énergie verte, mais peut également permettre des innovations en matière d’éclairage. Pensez à un panneau solaire fait de cristaux de perovskite comme une dalle en verre : la lumière frappant la surface du cristal est absorbée, excitant alors des électrons dans le matériau. Les électrons se déplacent ensuite facilement à travers le cristal vers des contacts électriques sur sa face inférieure, où ils sont récupérés sous la forme de courant électrique. Maintenant, imaginez la séquence dans le sens inverse – alimenter la dalle avec l’électricité, injecter des électrons, et libérer de l’énergie sous forme de lumière. Une conversion plus efficace de l’électricité vers la lumière signifie que les pérovskites pourraient ouvrir de nouvelles frontières pour des LED éconergétiques.
Des travaux parallèles dans le groupe Sargent se concentrent sur l’amélioration des particules solaires absorbant appelées points quantiques colloïdaux. “Les pérovskites sont grandes moissonneuses de lumière visible, et les points quantiques sont parfaits pour l’infrarouge,” a ajouté le professeur Sargent. “Les matériaux sont très complémentaires pour récupérer l’énergie solaire, alliant large spectre de la lumière visible à l’infrarouge du soleil.”
“A l’avenir, nous allons explorer les possibilités qu’offrent un empilement de matériaux absorbants complémentaires,” a indiqué le Dr Comin. “Il ya des perspectives très prometteuses pour combiner la tâche des perovskites avec celui des points quantiques, pour stimuler davantage l’efficacité.”
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