Des points quantiques sur mesure pour le photovoltaïque

Le photovoltaïque réduit la dépendance des combustibles fossiles et réduit donc les émissions et minimise les effets sur le changement climatique global. Il améliore également la durabilité et la sécurité énergétique comme la lumière du soleil n'est pas affectée par les conditions géopolitiques. De nombreuses technologies solaires sont assez mûres mais une adoption à grande échelle par le marché ne sera réalisée que grâce à des percées menant à d'importantes réductions de coûts.

Le projet financé par l'UE ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light) planifie d'exploiter les augmentations d'efficacité possibles avec les points quantiques (PQ) pour réduire le coût par unité d'électricité. En particulier, les scientifiques personnalisent les PQ pour absorber les photons avec des énergies sur une plus grande partie du spectre électromagnétique. Les appareils solaires génèrent donc davantage d'électricité à partir de la même quantité de lumière.

Les PQ sont de minuscules semi-conducteurs à l'échelle nano, des appareils de conversion d'énergie avec des propriétés uniques résultant de leurs dimensions. La manipulation de cette taille change l'absorption et les spectres d'émission d'un PQ. C'est précisément cette qualité de réglage qui a rendu les PQ si populaires dans les écrans, des smartphones jusqu'aux tablettes et aux télévisions.

Les scientifiques d'ULTRA PARTICLE ont acheté une source de groupements d'agrégation de gaz pour produire des nanoparticules de taille bien définie et cohérente. Après l'avoir connecté à un appareil à pulvérisation à film fin existant, l'équipe a commencé à produire les premiers échantillons de nanoparticules d'argent (Ag), de silicone (Si) et de germanium déposés sur différents substrats.

Une évaluation minutieuse a confirmé la morphologie prometteuse de telle sorte que les chercheurs sont passés à l'intégration de nanoparticules d'Ag dans le Si amorphe. Il s'agit d'une étape importante sur la route de l'exploitation des propriétés plasmoniques des nanoparticules de métal qui leur permettent d'accéder à une plus large gamme de longueurs d'onde.

Dans le même temps, l'équipe a réussi à préparer des nanoparticules de Si de tailles dans la limite de confinement quantique, qui était l'objectif principal de la proposition de la bourse. Les chercheurs les ont en outre préparés à un rendement suffisamment important pour produire des films assemblés par nanoparticules fines du type requis pour le photovoltaïque à film fin.

Avec ces résultats, les chercheurs ont maintenant commencé à personnaliser la taille des PQ pour accéder à n'importe quelle partie du spectre électromagnétique solaire. Une meilleure efficacité permettra une production d'électricité photovoltaïque rentable, encourageant une adoption à grande échelle par le marché avec d'importants avantages pour les consommateurs, les producteurs et la planète.