Les cristaux composites sont la meilleure chose qui puisse arriver aux panneaux solaires : ils multiplient l'électricité par mille

La plupart des cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de silicium, mais nous avons atteint la limite théorique de ce que le silicium peut offrir. C'est pourquoi des matériaux plus efficaces et de nouvelles structures capables de convertir une plus grande quantité d'énergie solaire en électricité sont à l'étude.

Le superréseaux ou réseaux d'hétérostructures (en anglais, « superlattice structures ») ne sont pas exactement un concept nouveau, elles ont été introduites en 1974. Mais leur développement ces dernières années a été intense et prometteur, notamment dans l'utilisation des pérovskites pour la fabrication de cellules photovoltaïques.

Ces structures sont formées en empilant des couches alternées de différents matériaux conducteurs. Les couches ont une épaisseur nanométrique (quelques centaines d’atomes seulement) et s’assemblent de manière complexe pour former un dispositif électronique.

Un flux de courant extraordinaire

En Allemagne, des chercheurs de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg ont fabriqué une cellule photovoltaïque qui remplacer le silicium par une hétérostructure trimatérielle. Plus précisément, ils ont placé alternativement des couches cristallines de titanate de baryum, de titanate de strontium et de titanate de calcium : matériau ferroélectrique en alternance avec deux matériaux paraélectriques différents.

"Nous avons intégré le titanate de baryum entre le titanate de strontium et le titanate de calcium", explique le physicien Yeseul Yun, auteur principal de l'étude. "Cela a été réalisé en vaporisant les cristaux avec un laser haute puissance et en les redéposant sur des substrats porteurs, produisant ainsi un matériau composé de 500 couches d'environ 200 nanomètres d'épaisseur."

Les scientifiques ont irradié l'appareil avec un laser pendant leurs mesures et ont constaté qu'en alternant périodiquement les trois cristaux multiplié l'effet photovoltaïque par 1 000 du matériau ferroélectrique (titanate de baryum) à l'état pur. L’hétérostructure cristalline avait extraordinairement augmenté le flux de courant.

Les chercheurs ne savent toujours pas vraiment pourquoi. D’une certaine manière, l’interaction entre les couches permet aux électrons de circuler beaucoup plus facilement lorsqu’ils sont excités par des photons de lumière.

Mieux encore, les cristaux maintenaient un flux constant sur toutes les plages de température. sur une période de six mois. Ceci est important car le plus grand défi pour les pérovskites, considérées comme le Saint Graal de l’énergie solaire, est leur dégradation rapide.

Mais le plus grand avantage des matériaux ferroélectriques est qu’ils sont bon marché et faciles à produire par rapport au silicium car, en séparant naturellement leurs charges, ils n’ont pas besoin de jonction PN, c’est-à-dire de couches dopées positivement ou négativement.

Il existe de nombreuses bonnes promesses, mais l’idée n’en est qu’à ses balbutiements et de nombreuses recherches supplémentaires sont nécessaires pour la développer et atteindre les panneaux solaires sur nos toits. La question que les scientifiques veulent résoudre en premier est la suivante : pouvons-nous mélanger d’autres matériaux pour produire encore plus d’électricité ?

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