Cellules solaires multicouches ultrafines à base de matériaux nanostructurés

Les scientifiques du monde entier accordent une grande attention à l'amélioration des systèmes de conversion de l'énergie solaire. Dans le but d'augmenter leur efficacité et de réduire autant que possible le coût de production directe de panneaux solaires, les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont décidé de s'engager sur la voie de la réduction de l'épaisseur des cellules solaires.

Le nouveau type de panneaux peut dépasser toutes ces solutions et, en termes de production d'électricité par kilogramme de matériau utilisé, il ne sera inférieur qu'à l'uranium. Ces panneaux peuvent être constitués de feuilles pliées en plusieurs couches. graphène ou le disulfure de molybdène, dont l'épaisseur n'est qu'une molécule (piles de feuillets monomoléculaires). Les scientifiques soutiennent que cette approche deviendra finalement la meilleure approche possible pour le développement de l'énergie solaire.

Jeffrey Grossman, professeur adjoint d'énergie au Massachusetts Institute of Technology, dit que malgré beaucoup d'attention de la part des scientifiques qui recherchent des matériaux de type graphène bidimensionnel, le potentiel de ces matériaux pour une utilisation dans les systèmes de conversion solaire a été complètement ignoré ces dernières années. Il s'est avéré que ces documents ne sont pas seulement bons, mais ils sont très bons pour faire face à la tâche qui leur est assignée.

À long terme, deux couches d'un atome d'épaisseur, telles que présentées à l'équipe Grossman, donneront une efficacité de 1 à 2%, convertissant l'énergie du soleil en électricité. Il semble petit par rapport à une efficacité de 15 à 20% éléments traditionnels en siliciumCependant, il est important de se rappeler que le résultat est obtenu en utilisant des matériaux des milliers de fois plus fins que le papier de soie.

Une batterie à deux couches d'une épaisseur de 1 nanomètre est des centaines de milliers de fois plus mince qu'une batterie au silicium ordinaire.Par conséquent, en posant ces feuilles les plus minces en plusieurs couches, vous pouvez augmenter et dépasser considérablement l'efficacité habituelle des cellules solaires. Cela créera une concurrence importante pour une technologie bien établie, selon les co-auteurs de Grossman.

Là où le poids est critique, comme dans les engins spatiaux, dans l'aviation et dans les régions du monde en développement où les coûts de transport sont importants, ces éléments légers ont déjà un grand potentiel.

Comparés au poids, les nouveaux panneaux solaires produiront jusqu'à 1000 fois plus d'énergie que les batteries conventionnelles. Dans le même temps, la plus fine des technologies conventionnelles produites à ce jour dépasse toujours les nouvelles de 50 fois le poids des nouvelles.

Ce n'est pas seulement une facilité de transport, mais aussi une facilité d'installation des panneaux, car la moitié du coût des panneaux solaires d'aujourd'hui est le coût de la structure de support et du système de connexion et de contrôle. Ces coûts peuvent être considérablement réduits en utilisant des conceptions plus légères.

De plus, le matériau lui-même est beaucoup moins cher que le silicium de la pureté requise, qui est utilisé dans les cellules solaires standard, car les feuilles sont si fines qu'elles nécessitent une très petite quantité de matériaux de départ.

Il s'agit d'un exemple impressionnant de la façon dont les matériaux nanostructurés peuvent être à la base de la conception des derniers dispositifs énergétiques. La résistance mécanique et la flexibilité de ces couches minces devraient également être élevées. Les développeurs disent que ce n'est que le début d'une nouvelle génération de matériaux pour l'énergie solaire.

D'une part, le disulfure de molybdène et le dislénure de molybdène utilisés dans ce projet ne sont que deux des nombreux matériaux bidimensionnels qui pourraient potentiellement être utilisés ici, sans parler de leurs diverses combinaisons pour une application conjointe.

Les chercheurs pensent que de nombreux matériaux doivent être étudiés et que les conditions de réflexion ont déjà été créées. Les scientifiques peuvent désormais regarder ces matériaux d'une toute nouvelle façon.

Et, bien qu'il n'existe actuellement aucune méthode industrielle pour produire du disulfure de molybdène et du dislenide de molybdène, il s'agit d'un domaine de recherche active. La fabricabilité est un problème important, mais ce problème est résoluble.

Un avantage supplémentaire de ces matériaux est leur stabilité à long terme même à l'air libre, tandis que d'autres matériaux solaires nécessitent un revêtement protecteur avec de lourdes couches de verre, ce qui est également coûteux. En fait, il existe une résistance à l'exposition à la lumière ultraviolette et à l'humidité, ce qui rend la nouvelle solution très fiable.

Les travaux préliminaires ne comprenaient que la modélisation informatique des matériaux, mais maintenant un groupe de scientifiques tente de fabriquer les appareils eux-mêmes. Bien sûr, ce n'est que la pointe de l'iceberg, du point de vue de l'utilisation de matériaux bidimensionnels pour produire une "énergie propre", selon les scientifiques.