Les cellules photovoltaïques flexibles pourraient offrir de nouvelles possibilités – MIT

Les cellules photovoltaïques flexibles pourraient offrir de nouvelles possibilités – MIT

Les cellules photovoltaïques flexibles pourraient offrir de nouvelles possibilités – MIT 1200 1125 Sébastien BAGES

Les chercheurs du MIT développent une nouvelle approche en utilisant des feuilles de graphène recouvertes de nanofils.


Des chercheurs du MIT ont produit un nouveau type de cellules photovoltaïques à base de feuilles flexibles de graphène, recouvertes d’une couche de nanofils. L’approche pourrait conduire à de souples, transparentes et peu onéreuses cellules solaires qui pourraient être déployées sur des fenêtres, des toits ou d’autres surfaces.

La nouvelle approche est détaillée dans un rapport publié dans la revue Nano Letters, co-écrit par Parc Hyesung et Sehoon Chang, postdoctorants, la professeure agrégée de science des matériaux et de l’ingénierie, Silvija Gradečak, et huit autres chercheurs du MIT.

Alors que la plupart des cellules photovoltaïques d’aujourd’hui sont faites à base de silicium, ces derniers restent onéreux. En effet, le silicium est généralement très purifié et est ensuite transformé en cristaux qui sont finement tranchés. De nombreux chercheurs étudient des solutions de rechange, tels que des cellules hybrides ou nanostructurées. L’oxyde d’indium-étain (ITO) est utilisé comme électrode transparente dans ces nouvelles cellules solaires.

« À l’heure actuelle, l’ITO est un matériau de choix pour les électrodes transparentes », a exposé Gradečak, tout comme il l’est dans les écrans tactiles aujourd’hui utilisé sur les smartphones. Mais l’indium dans ce composé est cher, alors que le graphène est fabriqué à partir du carbone, omniprésent dans la nature.

Gradečak a souligné que le nouveau matériau peut être une alternative à l’ITO. En plus de son faible coût, il offre d’autres avantages, notamment la souplesse, la légèreté, une bonne résistance mécanique et une robustesse chimique.

« Construire des nanostructures semi-conductrices directement sur une surface de graphène vierge sans nuire à ses propriétés électriques et structurelles a été difficile en raison de la structure stable et inerte graphène », a expliqué Gradečak. Alors, son équipe a utilisé une série de revêtements polymères pour modifier ses propriétés, ce qui leur permet de lier sur la couche une autre composée de nanofils d’oxyde de zinc, et puis finalement, de superposer un matériau qui répond aux ondes lumineuses – soit fait de boîtes quantiques de sulfure de plomb ou d’un type de polymère appelé P3HT.


Malgré ces modifications, a dit Gradečak, les propriétés innées du graphène restent intactes, offrant des avantages significatifs dans la matière hybride résultante.

« Nous avons démontré que les appareils à base de graphène ont une efficacité comparable à l’ITO », a-t-il dit – dans le cas de la superposition de boîtes quantiques, il a une efficacité de conversion de puissance globale de 4,2% – un peu moins toutefois que l’efficacité des cellules de silicium à usage grand public, mais ils peuvent les concurrencer pour des applications spécialisées. « Nous sommes les premiers à démontrer le fonctionnement des cellules solaires à nanofils de graphène sans sacrifier à la performance du dispositif ».

En outre, tandis que les autres semi-conducteurs ont besoin d’être chauffés à haute température, il suffit d’une température inférieure à 175°C, par un processus à base de solution, pour déposer des nanofils d’oxyde de zinc sur des électrodes de graphène, a dit Chang, postdoctorant au département de science des matériaux et en génie (DMSE) du MIT et un des auteurs principaux de l’article. Les cellules solaires au silicium sont généralement traitées à des températures nettement plus élevées.

Le processus de fabrication est très évolutif, a ajouté Park, un autre des auteurs principaux, aussi postdoctorant au DMSE et dans le département de génie électrique et informatique du MIT. Le graphène est synthétisé par un processus appelé dépôt de vapeur chimique et est ensuite revêtu avec les couches de polymère. « La taille n’est pas un facteur limitant, et le graphène peut être transféré sur des substrats divers tels que le verre ou le plastique », a-t-il ajouté.

Gradečak prévient que même si l’évolutivité des cellules solaires n’a pas encore été démontrée – elle et ses collègues ont seulement fait la preuve de concept d’appareils ayant une taille de 12,7 mmm – elle ne pense pas qu’il y aura des obstacles pour de plus grandes tailles. « Je crois que d’ici quelques années, nous pourrions voir des versions [commerciales] d’appareils basés sur cette technologie », a-t-elle dit.

László Forró, professeur à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, en Suisse, qui n’a pas été associé à cette recherche, a déclaré que l’idée d’utiliser le graphène comme une électrode transparente était ‘ambiante’, mais n’avait pas été effectivement réalisée.

« Pour moi ce travail est une véritable percée », a dit Forró. « C’est un excellent travail à tous les égards ».

Il avertit que « le chemin est encore long pour entrer dans de réelles applications, il y a de nombreux problèmes à résoudre », mais il a aussi ajouté que « la qualité de l’équipe de recherche autour de ce projet … garantit le succès ».

Les travaux ont également permis la participation des professeurs du MIT : Moungi Bawendi, Mildred Dresselhaus, Vladimir Bulovic et Jing Kong ; des étudiants diplômés : Joel Jean et Jayce Cheng ; des postdoctorants Paulo Araujo, et l’affilié Mingsheng Wang. Il a été soutenu par l’Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Program, et a utilisé les installations fournies par le MIT Center for Materials Science Engineering – soutenu par la National Science Foundation.


Citations du MIT
Crédit images À-la-Une : © MIT – L’illustration montre la structure en couches du nouveau dispositif, en commençant par la couche flexible de graphène – un matériau de carbone d’un atome d’épaisseur. Une couche de polymère qui lui est liée, puis une couche de nanofils d’oxyde de zinc (en violet), et enfin une couche d’un matériau qui permet d’extraire l’énergie de la lumière du soleil, telles que des boîtes quantiques ou un matériau à base de polymères.

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Sébastien BAGES
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Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

2 commentaires
  • Les cellules photovoltaïques flexibles pourraient offrir de nouvelles possibilités – MIT | scatol8® | Scoop.it 24 décembre 2012 à 16h57

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  • J’aime bien votre site , il est formidable !

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