L’une des technologies émergentes de cellules solaires les plus prometteuses a connu une énorme augmentation de son efficacité. Les ingénieurs de l'UNIST en Corée du Sud ont créé une cellule solaire à points quantiques avec un rendement record mondial de 18,1 %. Les points quantiques ne sont essentiellement que de minuscules cristaux semi-conducteurs ronds qui absorbent et émettent de la lumière avec une efficacité étonnante. En modifiant la taille des points quantiques, vous pouvez définir la couleur de la lumière qui interagit avec eux, ce qui les rend utiles dans la technologie d'affichage ou dans les capteurs.
Cependant, ils pourraient finalement trouver leur plus grande utilité dans les cellules solaires. La plupart des cellules solaires commerciales utilisent un matériau en vrac comme couche collectrice de lumière, ce qui signifie que toute la surface absorbe les mêmes longueurs d'onde. Mais les points quantiques peuvent être de différentes tailles, se concentrant sur différentes parties du spectre, augmentant ainsi leur efficacité potentielle. De plus, les points quantiques sont bon marché et faciles à fabriquer et peuvent même être transformés en solutions de pulvérisation.
Dans la nouvelle étude, des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) ont apporté quelques ajustements à la recette pour améliorer la technologie. Les cellules solaires à points quantiques fabriquées à partir de matériaux organiques sont théoriquement les plus efficaces, mais elles présentent malheureusement l'inconvénient d'être moins stables au soleil et aux conditions météorologiques, ce qui n'est pas idéal pour les appareils conçus pour être exposés au soleil tout au long de la journée. Pour résoudre ce problème, ces cellules solaires sont souvent remplacées par des matériaux inorganiques, mais cela limite également leur efficacité.
L’équipe de l’UNIST a fabriqué des points quantiques à partir de peroxydes organiques et a développé une nouvelle méthode d’ancrage des points quantiques au substrat, leur permettant de se rapprocher. Cela a porté l'efficacité à un record de 18,1 %, contre 16,6 % en 2020. Ce record a été reconnu de manière indépendante par le Laboratoire national des énergies renouvelables des États-Unis (NREL).
Mieux encore, les nouvelles cellules solaires sont beaucoup plus stables. Dans des conditions normales, ils peuvent maintenir leur pleine puissance pendant 1 200 heures, et à des températures élevées de 80°C (176°F), ils peuvent maintenir leur efficacité pendant 300 heures. Ils se sont tout aussi bien comportés après deux ans de stockage.
Les cellules solaires à points quantiques ont encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir rattraper les cellules solaires au silicium utilisées quotidiennement, pour lesquelles la recherche et le développement ont un demi-siècle d'avance et se rapprochent rapidement de leur efficacité maximale théorique. Dans le même temps, les points quantiques ne sont réellement entrés dans les laboratoires que vers 2010, et leur efficacité était alors inférieure à 4 %. Tout en améliorant l’efficacité, des processus de fabrication simples et peu coûteux peuvent aider à faire évoluer la technologie pour créer une gamme plus large de surfaces photovoltaïques.
La recherche a été publiée dans la revue Nature Energy.