Une nouvelle innovation en matière de cellules solaires fournit 1 000 fois plus de puissance

Une énergie infinie ? Cela pourrait être possible avec des panneaux solaires fabriqués à partir de cristaux ferroélectriques au lieu de silicium.

Une nouvelle innovation en matière de cellules solaires fournit 1 000 fois plus de puissance
Vue aérienne d’une centrale solaire thermique dans le désert du Nevadaferrantraite/iStock

La production d’énergie des cristaux ferroélectriques dans les cellules solaires peut être multipliée par mille, grâce à une nouvelle innovation impliquant l’agencement de couches minces des matériaux, selon  un communiqué de l’  Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU).

Les chercheurs de MLU ont découvert qu’avec des couches cristallines placées alternativement de titanate de baryum, de titanate de strontium et de titanate de calcium, ils pourraient considérablement augmenter l’efficacité des panneaux solaires. Leurs découvertes sont publiées dans la revue Science Advances .

La plupart des cellules solaires sont fabriquées à partir de silicium en raison de son faible coût et de son efficacité relative ; Cependant, les limites de l’efficacité globale du matériau ont conduit les chercheurs à expérimenter de nouveaux matériaux, notamment des cristaux ferroélectriques.

L’un des avantages des cristaux ferroélectriques est qu’ils ne nécessitent pas de jonction pn, ce qui signifie pas de couches dopées positivement et négativement, comme c’est le cas avec les cellules solaires au silicium.

Cependant, le titanate de baryum pur, un cristal ferroélectrique testé par les chercheurs du MLU, par exemple, absorbe peu la lumière du soleil. En expérimentant différentes combinaisons de matériaux, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient combiner des couches extrêmement minces de différents matériaux pour augmenter considérablement leur rendement énergétique solaire.

« L’important ici est qu’un matériau ferroélectrique soit alterné avec un matériau paraélectrique. Bien que ce dernier n’ait pas de charges séparées, il peut devenir ferroélectrique dans certaines conditions, par exemple à basse température ou lorsque sa structure chimique est légèrement modifiée »,  explique le Dr. Akash Bhatnagar, du Center for Innovation Competence SiLi-nano de MLU, a expliqué dans le communiqué de presse de MLU.

Surtension en couches

Bhatnagar et son équipe ont incorporé du titanate de baryum entre le titanate de strontium et le titanate de calcium en vaporisant les cristaux avec un laser haute puissance et en les redéposant sur des substrats porteurs. Le matériau résultant était composé de 500 couches et avait une épaisseur de 200 nanomètres.

Les chercheurs ont découvert que leur matériau en couches permettait un flux de courant 1 000 fois plus fort que celui mesuré dans le titanate de baryum pur d’épaisseur équivalente.

« L’interaction entre les couches du réseau semble conduire à une permittivité beaucoup plus élevée – en d’autres termes, les électrons peuvent circuler beaucoup plus facilement en raison de l’excitation par les photons lumineux », a expliqué Bhatnagar.

L’équipe a également montré que les mesures restaient presque constantes sur une période de six mois, ce qui signifie que le matériau peut être suffisamment robuste pour une application commerciale. Ensuite, ils continueront à rechercher la cause exacte de l’effet photoélectrique dans leur matériau en couches, en vue d’un éventuel déploiement à l’échelle de la masse. 

Leur travail promet de faire partie d’une révolution potentielle dans les matériaux ferroélectriques , avec des applications possibles dans la mémoire informatique, les condensateurs et autres appareils électroniques.