À la recherche de matériaux plus performants que jamais, l'Université Lehigh a développé un matériau unique et hautement performant. Les chercheurs estiment que ce matériau, doté du rendement quantique de 190 % de l'Université Lehigh, pourrait améliorer les panneaux solaires. On s'attend à ce que les cellules solaires de nouvelle génération soient ainsi très performantes.
Le nouveau matériau mis au point par l'université Lehigh a été utilisé comme couche active prototype sur des cellules solaires. À leur grande surprise, il présente un taux d'absorption photovoltaïque moyen de 80 % et un taux élevé de génération de porteurs photoexcités.
De plus, ils ont observé une efficacité quantique externe (EQE) d'environ 190 %. Ceci démontre la possibilité de dépasser les limites d'efficacité des matériaux à base de silicium et d'utiliser des matériaux quantiques pour l'énergie photovoltaïque à de nouveaux niveaux.
Le professeur de physique, Chinedu Ekuma, a déclaré : « Ces travaux représentent un progrès significatif dans notre compréhension et le développement de solutions énergétiques durables, mettant en lumière des approches novatrices qui pourraient redéfinir l'efficacité et l'accessibilité de l'énergie solaire dans un avenir proche. »
Appelés génération d'excitons multiples (MEG), ces matériaux nécessitent encore davantage de recherche pour atteindre leur objectif d'être largement commercialisés.
Propriétés d'un matériau quantique efficace à 190 %
- La quantité d’énergie photonique perdue par les cellules solaires traditionnelles est précisément capturée par ces matériaux.
- De plus, le processus n'exclut pas production et réflexion de chaleur.
- Le matériau nouvellement découvert est très efficace en raison de sa états de bande intermédiaires uniques.
- Ces niveaux d’énergie spécifiques sont placés dans la structure électronique du matériau, ce qui les rend idéaux pour la conversion de l’énergie solaire.
- Les niveaux d’énergie à l’intérieur de la sous-bande optimale ont des états remplis d’énergie.
- Le matériau produit efficacement des chargeurs porteurs et absorbe la lumière du soleil jusqu'à 0.78 et 1.26 électronvolts.
- Dans les régions visibles et infrarouges du spectre électromagnétique, ce matériau présente également des niveaux d'absorption élevés.
Développement
Après une modélisation informatique approfondie du système, le professeur Ekuma a développé ce prototype comme preuve de son concept.
- Ce nouveau matériau est créé en prenant avantage des écarts de Van der Waals. Il s’agit de petits espaces atomiques trouvés entre les couches de matériaux bidimensionnels.
- Ces espaces sont utilisés efficacement pour insérer d'autres matériaux intercalaires dans les couches. améliore ou ajuste les propriétés du matériau.
- Suivant cette approche, du cuivre zérovalent a été inséré entre les couches de séléniure de germanium (GeSe) et de sulfure d'étain (SnS), un matériau bidimensionnel.
Il a expliqué : « Sa réponse rapide et son efficacité améliorée indiquent fortement le potentiel du GeSe/SnS intercalé en Cu comme matériau quantique pour une utilisation dans des applications photovoltaïques avancées, offrant une voie pour des améliorations de l'efficacité dans la conversion de l'énergie solaire. »
« Il s'agit d'un candidat prometteur pour le développement de cellules solaires de nouvelle génération à haut rendement, qui joueront un rôle crucial pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux », a ajouté le professeur.
Le professeur Ekuma souligne que la technique utilisée est déjà très avancée. Même si le quantique, efficace à 190 %, de l'Université Lehigh pourrait améliorer les panneaux solaires, des recherches et développements supplémentaires sont nécessaires. Ce n'est qu'alors qu'il pourra être considéré comme apte à être intégré aux systèmes d'énergie solaire actuels.
Source : Matériau quantique CuxGeSe/SnS pour applications photovoltaïques
