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    panneaux solaires

    Des chercheurs russes savent comment réduire de beaucoup le prix des panneaux solaires

    © AP Photo / Xinhua, Liu Xiao
    Sci-tech
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    Les chercheurs de l'Institut d'ingénierie physique de Moscou (MEPhI) ont mis au point une technologie permettant de créer un nouveau matériau composé de points quantiques – des cristaux semi-conducteurs de quelques nanomètres.

    Les résultats de leur étude, publiés dans le Journal of Physical Chemistry Letters, permettront d'élaborer des panneaux solaires bon marché absorbant la lumière du soleil dans un large diapason spectral. Alors que les réserves de combustible traditionnel s'amenuisent, l'humanité a cruellement besoin de sources d'énergie alternatives. Dans cette quête, un rôle central est imparti aujourd'hui à l'énergie solaire. La base des dispositifs photovoltaïque actuels, qui transforment l'énergie du soleil en électricité, est constituée de matériaux semi-conducteurs non organiques à base de silicium. Cependant, ils possèdent plusieurs défauts majeurs. Premièrement, le coefficient d'efficacité des panneaux en silicium est limité: il s'élève à près de 20% car de tels éléments ne peuvent pas traiter l'intégralité du spectre de la lumière solaire et une partie du rayonnement infrarouge les traverse sans être captée. Deuxièmement, la production des panneaux solaires en silicium est un processus complexe et donc coûteux. C'est pourquoi les chercheurs du monde entier étudient activement la possibilité d'utiliser de nouveaux matériaux pour ces panneaux, notamment les pérovskites (dont les principes physiques de fonctionnement ne sont étudiés que depuis quelques années), ainsi que des semi-conducteurs organiques et nanohybrides.

    Représentation schématique du condensat de points quantiques et du processus de transfert de charge entre les nanocristaux voisins.
    © Photo.
    Représentation schématique du condensat de points quantiques et du processus de transfert de charge entre les nanocristaux voisins.
    Représentation schématique du condensat de points quantiques et du processus de transfert de charge entre les nanocristaux voisins.
    © Photo.
    Représentation schématique du condensat de points quantiques et du processus de transfert de charge entre les nanocristaux voisins.

    Les nanocristaux semi-conducteurs (points quantiques) du matériau nanohybride mis au point par les chercheurs du MEPhI sont recouverts de ligands (les spirales sur le dessin 1) — des molécules organiques qui empêchent les points quantiques de «se coller». Les points conservent ainsi leurs «particularités individuelles» tout en formant un milieu massif permettant le passage du courant. La conductivité s'effectue «en saut», tout comme avec les semi-conducteurs organiques (à la seule différence qu'avec ces derniers, les sauts d'électrons ne se produisent pas entre des points quantiques mais entre des molécules organiques).

    Vladimir Nikitenko, professeur à la chaire de physique des milieux condensés du MEPhI et coauteur de l'étude, explique: «Les travaux que nous avons publiés montrent que le transfert de charge et d'énergie dans les condensats de points quantiques peut être décrit par le formalisme relativement simple du modèle de capture multiple. Cela facilite considérablement la tâche de modélisation théorique de transport nécessaire pour optimiser les caractéristiques des dispositifs optoélectroniques à base de condensats de points quantiques.»

    La technologie est basée sur le principe novateur selon lequel en changeant la taille des points quantiques il est possible de gérer facilement les propriétés des éléments solaires — par exemple élargir le spectre d'absorption. La fabrication de condensats de points quantiques est réalisée par des méthodes simples et peu coûteuses, mais pour obtenir un revêtement de qualité il faut minutieusement choisir les conditions de fabrication, ainsi que le type de molécules organiques qui relient les points quantiques entre eux. L'Institut MEPhI a mis au point une technologie de changement de ligands à température ambiante, ce qui permet de changer la distance entre les points quantiques et de contrôler l'efficacité du transfert d'énergie et de charge.

    «Les matériaux nanohybrides intégrant des points quantiques peuvent être utilisés non seulement pour créer des éléments photovoltaïques ou des diodes lumineuses, mais également des structures semi-conductrices plus complexes. Par exemple, celles qui peuvent servir à créer des capteurs hautement sensibles de nouvelle génération», indique un autre auteur, le professeur Alexandre Tchistiakov à la chaire de physique des micro- et nanosystèmes du MEPhI.

    Tags:
    batteries solaires, physique, Russie
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