Une nouvelle innovation en matière de cellules solaires fournit 1 000 fois plus de puissance
De l’énergie sans fin ? C’est peut-être possible avec des panneaux solaires fabriqués à partir de cristaux ferroélectriques au lieu de silicium.
Selon un communiqué de l’université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU), la production d’énergie des cristaux ferroélectriques dans les cellules solaires peut être multipliée par mille, grâce à une nouvelle innovation impliquant la disposition de fines couches de ces matériaux.
Les chercheurs de la MLU ont découvert qu’en plaçant alternativement des couches cristallines de titanate de baryum, de titanate de strontium et de titanate de calcium, ils pouvaient augmenter considérablement l’efficacité des panneaux solaires. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Science Advances.
La plupart des cellules solaires sont fabriquées à partir de silicium en raison de son faible coût et de son efficacité relative. Toutefois, les limites de l’efficacité globale de ce matériau ont conduit les chercheurs à expérimenter de nouveaux matériaux, notamment les cristaux ferroélectriques.
L’un des avantages des cristaux ferroélectriques est qu’ils ne nécessitent pas de jonction PN, c’est-à-dire de couches dopées positivement et négativement, comme c’est le cas pour les cellules solaires en silicium.
Cependant, le titanate de baryum pur, un cristal ferroélectrique testé par les chercheurs de l’UML, par exemple, absorbe peu la lumière du soleil. En expérimentant différentes combinaisons de matériaux, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient associer des couches extrêmement fines de différents matériaux pour augmenter considérablement leur rendement en énergie solaire.
“L’important ici est d’alterner un matériau ferroélectrique avec un matériau paraélectrique. Bien que ce dernier ne présente pas de charges séparées, il peut devenir ferroélectrique dans certaines conditions, par exemple à basse température ou lorsque sa structure chimique est légèrement modifiée”, explique le Dr Akash Bhatnagar, du Centre de compétence en innovation SiLi-nano de la MLU, dans le communiqué de presse de la MLU.
Une montée en puissance en couches
Bhatnagar et son équipe ont intégré le titanate de baryum entre le titanate de strontium et le titanate de calcium en vaporisant les cristaux avec un laser à haute puissance et en les redéposant sur des substrats porteurs. Le matériau résultant était composé de 500 couches et avait une épaisseur de 200 nanomètres.
Les chercheurs ont constaté que leur matériau stratifié permettait un flux de courant 1 000 fois plus fort que celui mesuré dans du titanate de baryum pur d’épaisseur équivalente.
“L’interaction entre les couches du réseau semble conduire à une permittivité beaucoup plus élevée – en d’autres termes, les électrons peuvent circuler beaucoup plus facilement en raison de l’excitation par les photons lumineux”, a expliqué Bhatnagar.
L’équipe a également montré que les mesures sont restées presque constantes sur une période de six mois, ce qui signifie que le matériau pourrait être suffisamment robuste pour une application commerciale. L’équipe continuera ensuite à rechercher la cause exacte de l’effet photoélectrique dans son matériau stratifié, en vue d’un éventuel déploiement à grande échelle.
Leur travail promet de faire partie d’une révolution potentielle dans les matériaux ferroélectriques, avec des applications possibles dans la mémoire des ordinateurs, les condensateurs et d’autres dispositifs électroniques.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
