L’Université de Stanford propose de nouveaux matériaux photovoltaïques ultrafins. Ils pourraient être utilisés dans des applications mobiles, des dispositifs portables et des capteurs auto-alimentés placés sur des avions légers par exemple.
Stanford bouleverse le solaire de nouvelle génération
Depuis quelques années, l’objectif de l’ingénierie solaire est de créer des panneaux solaires flexibles et ultrafins. Ainsi, ils pourront être placés sur des véhicules électriques ou être transportés sur des avions légers pour remplir de multiples fonctions.
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), sont des matériaux particulièrement prometteurs. Ils captent une part très élevée de la lumière solaire qui touche leur surface comparativement aux autres matériaux solaires. Les chercheurs de l’Université de Stanford ont obtenu des rendements records.
Avancée majeure pour remplacer le silicium?
Le silicium est un matériau qui représente aujourd’hui 95% du marché du solaire. Cependant, il est trop lourd et rigide pour être utilisé à des fins mobiles et portables.
En revanche, le silicium dispose d’une grande qualité puisqu’il convertit 30% de la lumière solaire en énergie. Les TMD, quant à eux, ne convertissent que 2% de cette lumière.
Améliorer la conversion de la lumière en énergie
Réduire l’écart d’efficacité de conversion de puissance est donc le défi majeur des TMD. Pour l’heure, le prototype de l’Université de Stanford a une efficacité de conversion de puissance de 5,1%, un record.
Les chercheurs estiment que ce chiffre pourrait passer à 27% avec les optimisations électriques et optiques adéquates.
Rapport poids/puissance exceptionnel
Le prototype dispose également d’un rapport poids/puissance 100 fois supérieur à tous les TMD préexistants. 4,4 watts/gramme ont été produits, soit véritable performance en comparaison des résultats obtenus par les autres cellules solaires à couche mince.
Les chercheurs espèrent multiplier ce ratio par 10 et atteindre 46 watts/grammes.
Une finesse extrême
Les TMD ont aussi l’avantage d’être extrêmement fins, ce qui permet de limiter l’utilisation de matériaux tout en permettant de nombreuses applications. Un réseau pourrait ainsi coller à tout type de forme y compris à des corps biologiques.
En ce sens, l’Université de Stanford a pu créer un réseau actif de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur. Le réseau comprend du diséléniure de tungstène photovoltaïque TMD et des contacts en or recouverts de graphène conducteur d’une épaisseur d’un atome.
Le tout est placé entre un polymère souple, semblable à une peau, et un revêtement antireflet qui améliore l’absorption. Une fois assemblées, les cellules TMD ont une épaisseur inférieure à 6 microns. Il en faudrait ainsi 15 couches pour atteindre l’épaisseur d’une feuille de papier.
Stable et fiable
Parmi les avantages des TMD, on peut également noter leur stabilité et fiabilité à long terme. De plus, contrairement, à d’autres matériaux, ils ne présentent pas de produit chimique toxique.
Enfin, ils sont biocompatibles ce qui permet d’envisager des applications nécessitant un contact direct avec la peau.
Le défi de l’industrialisation
En revanche, les avantages des TMD se transforment en inconvénients lorsqu’il s’agit d’industrialiser la production en raison des complexités techniques qu’ils impliquent. Le transfert de la couche ultrafine de TMD sur un support flexible est un processus risqué qui endommage souvent cette couche.
De plus, le transfert de la couche de graphène, atomiquement mince, est un défi technique de taille. Cependant, une fois maîtrisé, ce processus permet à la couche de TMD de gagner en robustesse.
Les chercheurs ont ainsi réussi à enrouler l’appareil autour d’un cylindre métallique de moins d’un tiers de pouce d’épaisseur.
Ce prototype de TMD des équipes de Stanford donne grand espoir dans la recherche en matière d’énergie solaire. Si le rendement énergétique est, pour l’heure, trop mince, la miniaturisation des technologies solaires ouvre de nombreuses opportunités. Tant dans le développement d’une énergie mobile et portable, que dans la diversification des supports.
