Une nouvelle cellule solaire plus efficace

Les chercheurs soutenus par les projets HEINSOL, PREBIST et DISCOVER, financés par l’UE, ont peut-être trouvé une bien meilleure alternative aux technologies actuelles de production d’énergie solaire, grâce à un nouveau type de cellule solaire ultrafine. Fabriquée à partir de nanocristaux contenant des atomes d’argent et de bismuth, cette cellule solaire pourrait nous aider à réduire notre dépendance à l’égard de certains éléments toxiques, comme le plomb, ou d’éléments rares, comme l’indium, dont on a actuellement besoin pour fabriquer des cellules solaires ultrafines.

Dans leur étude publiée dans la revue « Nature Photonics », les chercheurs expliquent comment une répartition uniforme des atomes d’argent et de bismuth sur le matériau de la cellule solaire a permis d’absorber davantage de lumière par rapport à ce que l’on observe dans d’autres matériaux photovoltaïques. Cela a permis de générer davantage d’énergie. Par ailleurs, leurs cellules solaires écologiques de 30 nm d’épaisseur ont atteint un rendement de conversion de puissance impressionnant de 9,17 %, ce qui signifie que 9,17 % de l’énergie reçue sous forme de rayonnement solaire a été convertie en électricité. Les cellules ont également conservé une grande stabilité dans des conditions normales d’utilisation, ce qui suggère qu’elles sont sujettes à une dégradation moins importante sur de longues périodes.

« Nous sommes ravis de constater que notre modélisation informatique a débouché sur une amélioration aussi importante des performances de ces cellules solaires à base de bismuth », déclare Seán Kavanagh, chercheur doctorant et coauteur principal de l’étude, rattaché à l’University College de Londres, hôte du projet DISCOVER, dans un article publié sur le site web de cette université. Basés sur des modèles de mécanique quantique, les calculs ont parfois dû être effectués sur plus de 10 000 CPU (unités centrales de traitement), au sein d’un réseau fonctionnant de manière simultanée pendant 24 heures.

Beaucoup plus fines que les cellules solaires en silicium

Outre le fait de ne contenir que des éléments non toxiques et abondants dans la nature, les nanocristaux à base de bismuth sont peu coûteux à produire. Le matériau de ces cellules solaires serait 10 à 50 fois plus fin que les films minces photovoltaïques actuels. Il est également 1 000 fois plus fin que les cellules photovoltaïques en silicium, qui sont encombrantes, coûteuses et dont la fabrication requiert beaucoup d’énergie. « Les résultats montrent comment nos recherches, qui portent sur la chimie et la physique sous-jacentes des matériaux, peuvent aider à concevoir des dispositifs performants et peu coûteux, et favoriser une économie verte », explique Seán Kavanagh.

« Les dispositifs présentés dans cette étude établissent un nouveau record dans le domaine des cellules solaires inorganiques respectueuses de l’environnement, traitées à basse température et en solution, en termes de stabilité, de facteur de forme et de performance » indique le professeur Gerasimos Konstantatos, auteur principal de l’étude affilié à l’ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques (Espagne), hôte du projet HEINSOL et partenaire du projet PREBIST, dans le même article. « Nous nous réjouissons de ces résultats, et nous continuerons à approfondir cet axe de recherche afin d’exploiter ces propriétés intrigantes [des nanocristaux conçus avec grande précision] dans les systèmes photovoltaïques ainsi que dans d’autres dispositifs optoélectroniques. »

L’augmentation significative du rendement des cellules solaires obtenue à ce jour grâce au soutien des projets HEINSOL (Hierarchically Engineered Inorganic Nanomaterials from the atomic to supra-nanocrystalline level as a novel platform for SOLutioned Processed SOLar cells), PREBIST (COFUND BIST PREDOCTORAL PROGRAMME) et DISCOVER (Design of Mixed Anion Inorganic Semiconductors for Energy Conversion) suggère que des améliorations supplémentaires sont possibles. Comme le fait remarquer Seán Kavanagh, « l’objectif consiste à continuer à améliorer le rendement, afin qu’il soit comparable à celui des cellules solaires à base de silicium ».

Pour plus d’informations, veuillez consulter :
projet HEINSOL
site web du projet PREBIST
projet DISCOVER
Source : CORDIS
Photo : © Gencho Petkov, Shutterstock