Des scientifiques du MIT ont sensibilisé les cellules solaires au silicium existantes par la méthode de fission d'excitons singulet. Cela peut augmenter l'efficacité des cellules solaires de 18% à 35%, doublant ainsi la production d'énergie, réduisant ainsi les coûts de la technologie solaire.
Il devient impératif de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et de développer des technologies pour un avenir durable. Énergie solaire est une source renouvelable de énergie où la lumière du soleil est convertie en énergie électrique. Cellules solaires sont le plus souvent en silicium qui utilise un procédé photovoltaïque pour transformer la lumière du soleil en électricité. Des cellules tandem sont également en cours de conception, qui incluent généralement des cellules pérovskites où chaque section des cellules solaires peut exploiter l'énergie du soleil à partir de son spectre varié et avoir ainsi une efficacité plus élevée. Les cellules solaires disponibles aujourd'hui sont limitées par leur efficacité qui n'est que de 15 à 22 %.
Une étude publiée le 3 juillet dans Nature a démontré comment le silicium solaire l'efficacité des cellules pourrait être augmentée jusqu'à 35 pour cent en appliquant un effet appelé fission d'excitons singulet. Dans cet effet, une seule particule de lumière (photon) peut générer deux paires électron-trou au lieu d'une seule. La fission d'un seul exciton est observée dans de nombreux matériaux depuis sa découverte dans les années 1970. L'étude actuelle visait à traduire cet effet pour la première fois en une cellule solaire viable.
Les chercheurs ont transféré l'effet de fission d'un exciton unique du tétracène - un matériau connu qui le présente - dans du silicium cristallin. Ce matériau tétracène est un semi-conducteur organique hydrocarboné. Le transfert a été réalisé en plaçant une fine couche supplémentaire d'oxynitrure d'hafnium (8 angströms) entre la couche de tétracène excitonique et la cellule solaire en silicium et en les couplant.
Cette minuscule couche d'oxynitrure d'hafnium a agi comme un pont et a rendu possible la génération de photons de haute énergie dans la couche de tétracène qui a ensuite déclenché la libération de deux électrons dans la cellule de silicium par opposition à l'habituel. Cette sensibilisation de la cellule solaire au silicium a réduit les pertes de thermalisation et permis une meilleure sensibilité à la lumière. La production d'énergie des cellules solaires a doublé car une plus grande production a été générée à partir des parties verte et bleue du spectre. Cela peut augmenter l'efficacité des cellules solaires jusqu'à 35%. La technologie diffère des cellules solaires en tandem car elle ajoute simplement plus de courant au silicium sans ajouter de cellules supplémentaires.
La présente étude a démontré des cellules solaires improvisées en silicium à fission singulet qui peuvent présenter des rendements accrus et ainsi réduire le coût global de production d'énergie de la technologie solaire.
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Sources)
Einzinger, M. et al. 2019. Sensibilisation du silicium par fission d'excitons singulet dans le tétracène. La nature. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
