Les chercheurs à l'université de Harvard ont construit des cellules solaires qui sont une petite fraction de la largeur des cheveux humains.
Les cellules, qui sont constituées d'un simple nanotube de juste 300 nanomètres de large, pourraient servir dans la production à grande échelle d'énergie, abaissant potentiellement le coût
de production actuel.
Chacune des nouvelles cellules solaires est un nanotube avec un noyau de silicium cristallin et plusieurs couches concentriques de silicium avec différentes propriétés électroniques. Ces couches
exécutent les mêmes fonctions que les couches de semi-conducteur des cellules solaires conventionnelles.
Pour faire les cellules, Charles Lieber, un professeur de chimie à l'université de Harvard, a utilisé des méthodes modifiées qu'il a précédemment utilisé pour faire des nanotubes qui pourraient
servir de sondes ou de transistors. Il a alors démontré que ses nano"cellules solaires peuvent actionner deux de ses dispositifs : une sonde de pH et un ensemble de transistors.
Ceci est le tout premier exemple d'utilisation d'un simple nanotube de silicium pour récolter l'énergie solaire.
Quel intérêt?
Ces nouveaux nanotubes illustrent la viabilité de la théorie d'une pile solaire proposée par des chercheurs du California Institute of Technology pourrait être viable. Harry Atwater, un
professeur de physique et de science des matériaux à Caltech, et Nathan Lewis, un professeur de chimie appliquée à Caltech, ont proposé théoriquement que des cellules solaires constituées
de fils microscopiques sont beaucoup moins cheres que les piles solaires conventionnelles, puisqu'elles pourraient être faites à partir des matériaux moins chers.
Jusqu'ici, les piles solaires réalisée à partir de tels matériaux bon marché ont été inutilisables en raison d'une contradiction fondamentale dans leurs conditions de conception. Pour être
efficaces les cellules solaires doivent pouvoir réaliser au moins les deux choses suivantes :d'abord, elles doivent absorber la lumière, ainsi elles ont besoin de matériaux actifs en profondeur
ne laissant pas "passer" la lumière, mais elles doivent également rassembler les électrons ont été "libérés" par les photons absorbés. Pour ce faire, les matériaux extrêmement minces sont
habituellement meilleurs ; autrement, les électrons peuvent rester emprisonnés à l'intérieur du matériau. La solution pour réconcilier ces contraintes à priori en opposition est de réaliser des
couches relativement épaisses du matériau mais à l'utilisation extrêmement pure, les matériaux cristallins sans aucun défaut ni impureté qui peuvent emprisonner les électrons. De tels matériaux
fonctionnent bien, mais ils sont chers, ce qui confère actuellement aux panneaux solaires un coût élevé.
Les nanotubes développés par Lieber et utilisé pour ses cellules solaires offrent une alternative.
Les nanotubes peuvent absorber des quantités significatives de lumière sur leur longueur. En même temps, les électrons sont déplacer seulement d'une distance courte dans le nanotube, d'une couche
concentrique de matériel à l'autre, pour être rassemblés. (Les couches servent à séparer des électrons de leurs contre-parties positives, les "trous", ce qui permet aux électrons d'être
rassemblés.) puisque les matériaux sont minces, les chances pour un électron d'être emprisonné par un défaut avant de passer d'une couche à l'autre sont très faibles, ainsi il est
possible d'employer les matériaux meilleur marché avec plus de défauts.
Lieber a démontré que les nanotubes peuvent en effet produire l'électricité, mais un certain nombre de défis demeurent avant de faire ses cellules solaires commerciales.
Pour des applications à grande échelle, les nanotubes devraient être chimiquement développés dans des rangées denses (fils). Atwater et Lewis ont récemment travaillés dans cette direction.
Appareillé avec un électrolyte liquide, les fils ont produit de l'électricité de la lumière.
La limitation la plus significative du travail des deux groupes est l'efficacité pauvre de leurs piles solaires.
Les cellules de Lieber ont converti 3.4 %de lumière entrante en électricité. Tandis que c'est une valeur encourageante pour prouver que le concept fonctionne dans le laboratoire, c'est loin des
20 pour cent positifs d'efficacité des panneaux solaires de silicium conventionnel (au laboratoire).
Même avec l'avantage potentiel des matériaux meilleur marché, les cellules solaires en fils de nanotubes devraient probablement atteindre 10% d'efficacité pour concurrencer la technologie
existante. Les prochaines étapes des chercheurs incluent trouver des moyens de faire des rangées plus denses des fils pour absorber plus de lumière et, dans le cas de Lieber, pour trouver des
moyens pour produire plus de tension à partir des nanotubes.
Une pist intéressante à suivre.
Comment cela fonctionne ?
Une section transversale d'un nanotube de silicium qui convertit la lumière en électricité. L'image a été colorée pour accentuer les couches fonctionnelles du dispositif. Chaque
couche est faite de silicium modifié avec un autre matériel qui lui donne les propriétés électroniques distinctes. La couche externe de bioxyde de silicium protège les couches actives à
l'intérieur. Quand un électron à l'intérieur du nanotube est libéré par un photon, il laisse un « trou » positif derrière lui ; la couche bleue et les électrons séparés de noyau rouge des trous.
Une fois que ceux-ci sont séparés, les électrons peuvent être rassemblés pour créer un courant. La couche jaune sépare la couche bleue de la couche rouge.
-source - Nature letters- Volume 449 - 18 octobre 2007-Charles Lieber, université de Harvard-
Aujourd'hui, on a le choix de
décider comment créer son énergie ; le choix de ne plus polluer, d'être un consommateur averti , économe et de prendre l'avenir de notre planète en main.
